CENTROMERE: CONCEPTE, CARACTERISTICI, POZIȚIE, FUNCȚIE - BIOLOGIE - 2025

Cele centromeres sunt structuri de cromozomiale fundamentale care detin impreuna chromatids sora in timpul diviziunii celulare. În plus, acestea sunt locul în care microtubulele fusului se unesc pentru a separa cromozomii la sfârșitul diviziunii celulare.

Centromerele au fost descrise pentru prima dată în 1882 de către medicul și cercetătorul Walther Flemming (1843-1905), când a efectuat o caracterizare detaliată a diviziunii celulare.

Structura de bază a unui cromozom, cu centromerul în centrul acestuia. Sursa: lifeder.com

Centromerele sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de "regiuni de adeziune" sau "cinetocore". Cu toate acestea, acum se știe că acestea sunt siturile de legare ale complexului de ADN și proteine ​​care formează kinetochore.

concepte

Funcția centromerului la toate ființele vii este aceeași, dar fiecare specie prezintă caracteristici unice și pot exista diferențe interspecifice în ceea ce privește structura, dimensiunea și complexitatea.

Reprezentarea grafică a unui centromer uman (Sursa: Silvia3 prin Wikimedia Commons) ADN-ul care face parte din centromeri suferă modificări constante (evoluează), ceea ce implică faptul că există diferențe semnificative între specii, chiar și atunci când acestea sunt evolutiv foarte apropiate.

Pentru oamenii de știință, studiul centromerei nu este o sarcină ușoară, deoarece la plante și animale aceste „structuri” sau „regiuni” sunt conținute în porțiuni ale genomului asemănător satelitului (extrem de repetitiv), ceea ce face dificilă maparea folosind tehnici de secvențiere convenționale.

Mutațiile din regiunea centromerică au implicații fiziologice grave la om. Anomaliile din structura și funcțiile sale sunt letale sau asociate cu boli congenitale și dobândite, cu cancer, infertilitate și tulburări de naștere.

Caracteristici ale centromerelor

Centromerele sunt porțiuni de cromozomi care conțin regiuni extrem de repetitive de ADN sub formă de heterocromatină. Aceste regiuni sunt specializate pentru atașarea și segregarea cromatidelor surori în timpul diviziunii celulare.

În general, centromerele conțin cele mai vechi secvențe de ADN, ordonate succesiv și aproape de granița dintre heterocromatină și euchromatină, adică centromerele sunt regiuni extrem de heterocromatice.

Secvențele centromerice sunt clasificate în mod regulat în două tipuri: ADN-ul satelitului și elemente transpozabile. Ambele tipuri de secvență reprezintă cea mai mare parte a ADN-ului conținut în centromeri.

Organizarea ADN-ului în regiunile centromerice din diferite specii (Sursa: Gouttegd prin Wikimedia Commons) În prezent, centromerele sunt considerate structuri complexe compuse din ADN genomic, care este supus diferitelor procese epigenetice.

Deoarece centromerii sunt o porțiune de cromatină a cromozomilor, ei sunt alcătuiți dintr-un complex de proteine ​​ADN și histone care favorizează „ambalarea” lor.

Nucleozomii regiunilor centromerice, însă, nu posedă proteina H3 histonă; în schimb, au o variantă pe care specialiștii în domeniu au identificat-o, care este specifică centromerei.

Această proteină asemănătoare cu histone variază considerabil între diferite specii. La mamifere aceasta este cunoscută sub denumirea de CENP-A, la artropode se numește CID, iar la ciuperci și drojdii a fost numită Cse4.

Datorită diferențelor specifice ale proteinei CENH3 din centromeri, caracteristicile și proprietățile sale sunt utilizate pentru identificarea speciilor, în special a regiunii centromerice din cromozomi.

Poziţie

Localizarea centromerei pe cromozomi este vizualizată în cariotipuri ca o „îngustare”, care în general se numește „constricție primară”.

În unele organisme centromerele nu se găsesc într-o regiune, ci sunt mai degrabă „difuze”, astfel încât fibrele fusului se pot uni de-a lungul întregului cromozom. Acești cromozomi sunt cunoscuți sub numele de centromere difuz.

Diagrama unui cromozom holocentric sau difuz centromer și a unui alt cromozom metacentric (cunoscut și sub numele de „monocentric”, întrucât au un singur centromer) (Sursa: Mandrioli & Manicardi via Wikimedia Commons) Poziția centromerelor indică forma pe care cromozomul o va lua. în timpul diviziunii nucleului. Dacă centromerul se află la punctul central al unui cromozom, acesta va lua forma unui „V”, deoarece este segregat către poli opuși ai celulei divizante.

Dimpotrivă, dacă centromerul este aproape de unul dintre capetele unui cromozom, acesta, atunci când se separă de cromatida soră, va avea o formă „J” în timpul segregării. De asemenea, dacă centromerul este situat la capetele unui cromozom, separarea îi va conferi un aspect „tijă rigidă”.

Este important de menționat că poziția centromerei pe un cromozom indică relația dintre lungimile celor două brațe ale acestuia (scurt sau „p” și lung sau „q”). Această relație este destul de specifică pentru fiecare tip de cromozom.

În funcție de poziția centromerei, sunt recunoscute trei tipuri de cromozomi:

Tipuri de cromozomi și locația centromerei. A: braț scurt (p). B: centromere. C. Braț lung (q). D: cromatidă soră. I-Telocentric: centromerul este aproape de vârf. Brațele p oarecum vizibile. II-Acrocentric: brațele q sunt mai lungi decât brațele p, dar acestea sunt mai lungi decât în ​​telocentrică. III-Submetacentric: brațele p și q au lungimea similară, dar nu sunt egale. IV-Metacentric: brațe q și p egale cu lungimea. Fockey003

Cromozomii telocentrici

Acești cromozomi au centromerul la capătul uneia dintre cele două „brațe” de cromatină. Sunt cele care se deplasează sub formă de tije rigide în timpul segregării spre poli în diviziunea celulară.

Cromozomi acrocentrici

În acest tip de cromozomi, se arată că centromerul este deplasat mai mult către unul dintre capete decât spre celălalt. Când celula se divide și cromozomii se separă, cromozomii acrocentrici sunt cei care dobândesc o formă „J”.

Cromozomii metacentrici

Cromozomii metacentrici au centromeri localizați pe tot centrul cromozomului, care separă două brațe de lungime egală. Datorită localizării centromerei lor, cromozomii metacentrici se secretă în formă de V în timpul anafazei diviziunii celulare.

Funcţie

Centromerele sunt mijloacele universale pentru secreția eficientă a cromozomilor în toate organismele eucariote. Ele sunt locurile de atașare pentru microtubuli pentru a exercita forța mecanică precisă pentru a separa cromozomii sau cromatidele în timpul meiozei sau mitozei.

Funcțiile specifice ale centromerei sunt aderarea și separarea cromatidelor surori, fixarea microtubulilor, mișcarea cromozomilor în timpul segregării către celulele fiice, stabilirea heterochromatinei și, în plus, acestea reprezintă un punct de control al mitoză.

La mamifere, proteinele asemănătoare cu CENP se găsesc în heterocromatina centromerului. Acestea pot fi de trei tipuri CENP-A, CENP-B și CENP-C, toate participând la asamblarea kinetochorei.

Absența proteinei CENP-C poate cauza erori grave în segregarea cromozomilor, deoarece aceasta este o proteină care are proprietăți de legare la ADN și „auto-asociere” și este direct legată de segregarea cromozomi și defecțiune kinetochore.

În prezent, se știe că unele regiuni ale centromelor sunt active transcripțional. Acestea codifică pentru ARN-urile cu interferențe mici, care participă la tăcerea transcripțională a unor regiuni ale genomului.

Aceste mici transcripții ARN cu bandă dublă din regiunile pericentromerice sunt esențiale pentru asamblarea heterocromatinei și sunt regiunile transcripționale pentru a regla etapele anterioare diviziunii celulare.

Referințe

1. Choo, KA (1997). Centromerul (Vol. 320). Oxford: Oxford University Press.
2. Fincham, JRS (2001). Centromere.
3. Fukagawa, T., & Earnshaw, WC (2014). Centromere: bază de cromatină pentru mașinile kinetochore. Celulă de dezvoltare, 30 (5), 496-508.
4. Henikoff, S., Ahmad, K., & Malik, HS (2001). Paradoxul centromerelor: moștenire stabilă cu ADN în evoluție rapidă. Știință, 293 (5532), 1098-1102.
5. Plohl, M., Meštrović, N., & Mravinac, B. (2014). Identitatea centromerelor din punct de vedere al ADN-ului. Cromozom, 123 (4), 313-325.
6. Westhorpe, FG, & Straight, AF (2015). Centromere: control epigenetic al segregării cromozomilor în timpul mitozei. Perspectivele Cold Spring Harbor în biologie, 7 (1), a015818.