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¿Qué son los centrómeros * realmente *?

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He deducido que un centrómero es una región * donde el ADN se agrupa aún más apretado (alrededor de una proteína diferente a la histona) y las cromátidas están "unidas". Sin embargo, todavía estoy mayormente en la oscuridad con respecto a su estructura física y funcionamiento.

¿En qué momento durante la replicación del ADN se crea el centrómero y cómo se crea? ¿Cómo mantiene unidas las cromátidas (cuáles son sus componentes)?

Específicamente:

Cuando se crea (presumiblemente durante la división celular), ¿cómo se controla la posición del centrómero? Qué indicadores utilizan las enzimas en el proceso de fabricación del centrómero para indicarles que es el lugar correcto: una sección de ADN que 'dice' "Parte derecha del centrómero, que se unirá a la parte izquierda."?

En segundo lugar, después de su condensación en cromosomas (por ejemplo, durante la profase), ¿las cromátidas hermanas están entrelazadas físicamente entre sí ** con el propósito de unirse, o simplemente son adyacentes?

  • ¿Hay un 'bucle' en el centrómero colgado sobre las cromátidas adyacentes para unirlas?
  • Si están entrelazados, ¿cómo se logra esto durante la replicación del ADN, mientras que las partes no centrómeras de las cromátidas hermanas no están entrelazadas?

¿Cómo se descompone el centrómero para permitir que las cromátidas se separen (por ejemplo, durante la meoisis 2 y la anafase)?

En una nota algo no relacionada, ¿a qué se adhieren las fibras del huso en los centrómeros, y cómo lo notan las puntas de las fibras en crecimiento para dirigirlo en su dirección general?


* (es decir, no hay un objeto físico separado denominado 'el centrómero', sino una colección de objetos en una región)

** (Es decir, considerando que no hay otras moléculas que las cromátidas, si pellizcara los extremos superior e inferior de las cromátidas izquierda y derecha y las separara, ¿podría separarlas sin que se bloqueen entre sí (básicamente, se cruzan con el nudo) -teóricamente)?)


Hay muchas preguntas en tu pregunta. Intentaré responder cada pregunta puntualmente.

¿Qué banderas utilizan las enzimas en el proceso de fabricación del centrómero para indicarles que es el lugar correcto?

Hay algunas repeticiones asociadas al centrómero en el ADN que marcan el sitio para el ensamblaje del centrómero. No hay una secuencia de consenso particular de esta repetición. Sin embargo, este estudio dice que en ciertos casos se forman cromosomas estables en ausencia de repeticiones centroméricas.

¿Están las cromátidas hermanas entrelazadas físicamente entre sí con el propósito de unirse, o son simplemente adyacentes?

Están unidos por proteínas llamadas cohesinas. Las cohesinas parecen anillos que se forman alrededor de las cromátidas hermanas. Durante la anafase, el complejo promotor de la anafase (APC) activa una enzima llamada separase, que a su vez degrada la cohesina.

¿A qué se adhieren las fibras del huso en los centrómeros, y cómo lo notan las puntas de las fibras en crecimiento para dirigirlo en su dirección general?

Los centrómeros sirven como sitio para el montaje de cinetocoro. Kinetochore es un complejo de múltiples proteínas que forma contacto con las fibras del huso (específicamente, fibras K. Consulte esta publicación anterior). Un componente esencial del cinetocoro es la proteína motora. dineína lo que hace que el kitetocoro se arrastre a lo largo de las fibras del huso, hacia el poste. El artículo de wikipedia sobre cinetocoro es bastante descriptivo y puede consultarlo para obtener más detalles.


Hecho suplementario

Cuando se crea (presumiblemente durante la división celular), ¿cómo se controla la posición del centrómero?

A las marcas de "centrómero" se le suma la fase G1 (CENPA) y S (todos los demás miembros de la CCAN) del ciclo celular. En cuanto a cómo se controla el posicionamiento… se desconoce la respuesta. Pero parece que cuando se replica una secuencia de centrómero, las proteínas del centrómero original se dividen entre las dos nuevas copias de la secuencia de ADN del centrómero. Entonces, una secuencia de ADN es un centrómero porque era un centrómero. Pero actualmente se desconoce cómo llegó a convertirse en un centrómero en primer lugar.


Centrómero

los centrómero es la secuencia de ADN especializada de un cromosoma que une un par de cromátidas hermanas (una díada). [1] Durante la mitosis, las fibras del huso se adhieren al centrómero a través del cinetocoro. [2] Primero se pensó que los centrómeros eran loci genéticos que dirigen el comportamiento de los cromosomas.

El papel físico del centrómero es actuar como el sitio de ensamblaje de los cinetocoros, una estructura multiproteína altamente compleja que es responsable de los eventos reales de segregación cromosómica, es decir, unir microtúbulos y enviar señales a la maquinaria del ciclo celular cuando todos los cromosomas se han adoptado correctamente. adjuntos al huso, de modo que sea seguro que la división celular prosiga hasta su finalización y que las células entren en anafase. [3]

En términos generales, hay dos tipos de centrómeros. Los "centrómeros puntuales" se unen a proteínas específicas que reconocen secuencias de ADN particulares con alta eficiencia. [4] Cualquier fragmento de ADN con la secuencia de ADN del centrómero puntual en él típicamente formará un centrómero si está presente en la especie apropiada. Los centrómeros puntuales mejor caracterizados son los de la levadura en ciernes, Saccharomyces cerevisiae. "Centrómeros regionales" es el término acuñado para describir la mayoría de los centrómeros, que normalmente se forman en regiones de la secuencia de ADN preferida, pero que también se pueden formar en otras secuencias de ADN. [4] La señal para la formación de un centrómero regional parece ser epigenética. La mayoría de los organismos, desde la levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe para los humanos, tienen centrómeros regionales.

Con respecto a la estructura del cromosoma mitótico, los centrómeros representan una región constreñida del cromosoma (a menudo denominada constricción primaria) donde dos cromátidas hermanas idénticas están más estrechamente en contacto. Cuando las células entran en mitosis, las cromátidas hermanas (las dos copias de cada molécula de ADN cromosómico resultante de la replicación del ADN en forma de cromatina) están unidas a lo largo de su longitud por la acción del complejo de cohesina. Ahora se cree que este complejo se libera principalmente de los brazos de los cromosomas durante la profase, de modo que para cuando los cromosomas se alinean en el plano medio del huso mitótico (también conocido como placa de metafase), el último lugar donde se unen. entre sí está en la cromatina dentro y alrededor del centrómero. [5]


Centrómeros

Centrómeros puntuales

Centrómeros en la levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae son los mejor estudiados y comprendidos. S. cerevisiae Los centrómeros están codificados por tres elementos de ADN distintos (CDE I, II y III) dentro de una región de 125 pb ( Figura 1 ). Dos elementos (CDE I y III) están absolutamente conservados y son necesarios para reclutar proteínas centrómero y cinetocoro. La histona centromérica CENP-A (Cse4p) se recluta en CDE II, el elemento centromérico que varía en secuencia, pero no en tamaño, de un cromosoma a otro. El pequeño tamaño de los centrómeros de levadura en gemación, así como la estricta dependencia de las interacciones ADN-proteína para el ensamblaje, han dado como resultado mapas moleculares detallados y modelos de ensamblaje de centrómeros que carecen de eucariotas más grandes.

Figura 1 . Estructura centromérica en varios eucariotas. Diagrama esquemático de centrómeros eucariotas. La secuencia de ADN de los centrómeros difiere entre especies, pero se conserva la organización del centrómero y la presencia de proteínas del centrómero. Levadura en ciernes (S. cerevisiae) los centrómeros son de 125 pb y están compuestos por tres elementos distintos, dos de los cuales se conservan (I y III). S. pombe (levadura de fisión) centrómeros contienen un núcleo central único flanqueado por repeticiones internas y externas invertidas. Drosophila los centrómeros se extienden por 200–420 kb y contienen ADN repetitivo (recuadros rojos) que se intercalan con elementos transponibles (líneas verdes). Los centrómeros humanos consisten en ADN satélite alfa repetido en tándem dispuesto en repeticiones de orden superior que se extienden sobre varias megabases.


Los centros oscuros de los cromosomas revelan ADN antiguo

El área central de los cromosomas, el centrómero, contiene ADN que ha sobrevivido en gran parte sin cambios durante cientos de miles de años, descubrieron investigadores de UC Davis y el Laboratorio Lawrence Berkeley. Parte de este ADN proviene de los neandertales u otros parientes o ancestros de los humanos antes de que los humanos modernos migraran fuera de África. Crédito: Charles y Sasha Langley

Los genetistas que exploran el corazón oscuro del genoma humano han descubierto grandes trozos de ADN neandertal y otro ADN antiguo. Los resultados abren nuevas formas de estudiar cómo se comportan los cromosomas durante la división celular y cómo han cambiado durante la evolución humana.

Los centrómeros se encuentran en el medio de los cromosomas, la "cintura" apretada en la imagen de un cromosoma de un libro de texto de biología. El centrómero ancla las fibras que separan los cromosomas cuando las células se dividen, lo que significa que son realmente importantes para comprender qué sucede cuando la división celular falla, lo que conduce a cáncer o defectos genéticos.

Pero el ADN de los centrómeros contiene muchas secuencias que se repiten y los científicos no han podido mapear adecuadamente esta región.

"Es el corazón de la oscuridad del genoma, advertimos a los estudiantes que no vayan allí", dijo Charles Langley, profesor de evolución y ecología en UC Davis. Langley es autor principal de un artículo que describe el trabajo publicado el 18 de junio en la revista eLife.

Langley y sus colegas Sasha Langley y Gary Karpen en el Laboratorio Lawrence Berkeley y Karen Miga en UC Santa Cruz razonaron que podría haber haplotipos, grupos de genes que se heredan juntos en la evolución humana, que se extienden por vastas porciones de nuestros genomas e incluso a lo largo de el centrómero.

Eso es porque el centrómero no participa en el proceso de "cruce" que ocurre cuando las células se dividen para formar espermatozoides u óvulos. Durante el cruce, los cromosomas emparejados se alinean uno al lado del otro y sus extremidades se cruzan, a veces cortando y empalmando el ADN entre ellos para que los genes se puedan mezclar. Pero los cruces caen a cero cerca de los centrómeros. Sin ese cambio en cada generación, los centrómeros podrían conservar intactos tramos muy antiguos de ADN.

Los investigadores buscaron polimorfismos heredados de un solo nucleótido (cambios heredados en una sola letra de ADN) que les permitirían mapear los haplotipos en el centrómero.

Primero demostraron que podían identificar haplotipos centroméricos, o "quizás", en las moscas de la fruta Drosophila.

Ese hallazgo tiene dos implicaciones, dijo Langley. En primer lugar, si los investigadores pueden distinguir los cromosomas entre sí por sus centrómeros, pueden comenzar a realizar pruebas funcionales para ver si estas diferencias tienen un impacto en qué parte de ADN se hereda. Por ejemplo, durante la formación del huevo, se forman cuatro cromátidas a partir de dos cromosomas, pero solo uno llega al huevo. Entonces, los científicos quieren saber: ¿Se transmiten ciertos haplotipos de centrómero con más frecuencia? ¿Es más probable que algunos haplotipos estén involucrados en errores?

En segundo lugar, los investigadores pueden usar centrómeros para observar la ascendencia y la descendencia evolutiva.

En cuanto al ADN humano, los investigadores observaron las secuencias de centrómeros del Proyecto 1000 Genomas, un catálogo público de variación humana. Descubrieron haplotipos que abarcan los centrómeros en todos los cromosomas humanos.

Haplotipos de hace medio millón de años

En el cromosoma X de estas secuencias del genoma, encontraron varios haplotipos centroméricos importantes que representan linajes que se remontan a medio millón de años. En el genoma en su conjunto, la mayor parte de la diversidad se observa entre los genomas africanos en consonancia con la propagación más reciente de los seres humanos fuera del continente africano. Uno de los linajes de haplotipos de centrómero más antiguos no fue llevado por esos primeros emigrantes.

En el cromosoma 11, encontraron haplotipos muy divergentes de ADN neandertal en genomas no africanos. Estos haplotipos divergieron hace entre 700.000 y un millón de años, aproximadamente cuando los antepasados ​​de los neandertales se separaron de otros antepasados ​​humanos. El centrómero del cromosoma 12 también contiene un haplotipo arcaico aún más antiguo que parece derivar de un pariente desconocido.

Este ADN de neandertal en el cromosoma 11 podría estar influyendo en las diferencias en nuestro sentido del olfato hasta el día de hoy. Las células que responden al gusto y al olfato portan receptores odorantes activados por firmas químicas específicas. Los seres humanos tienen alrededor de 400 genes diferentes para los receptores de olores. Treinta y cuatro de estos genes residen dentro del haplotipo del centrómero del cromosoma 11. Los haplotipos centroméricos neandertales y un segundo haplotipo antiguo explican aproximadamente la mitad de la variación en estas proteínas receptoras de olor.

Se sabe por el trabajo de otros que la variación genética en los receptores de olores puede influir en el sentido del gusto y el olfato, pero los efectos funcionales de la variación que se encuentran en este estudio aún no se han descubierto y su impacto en el gusto y el olfato analizado.


La inactivación del centrómero significa que los cromosomas de fusión Y no se han perdido


Esquema de la fusión de los cromosomas 9 e Y en el espinoso del Océano Pacífico que generó el cromosoma "neo-Y" en el espinoso del Mar de Japón. Tales eventos de fusión se observan comúnmente en especies estrechamente relacionadas.
Imagen cedida por Jennifer Cech.

La fantástica variedad de números de cromosomas entre las especies da fe de la prevalencia de eventos de rotura y fusión de cromosomas. Un ejemplo es el cromosoma 2 humano, que se formó tras una fusión de los cromosomas 2a y 2b de los chimpancés. Cuando las células se dividen para reproducirse, los cromosomas se duplican y cada célula hija hereda un conjunto de cromosomas. Los centrómeros son las ubicaciones en cada cromosoma donde las fibras deben unirse durante la división celular para empujar cada cromosoma hacia una de las células hijas. La mayoría de los cromosomas animales tienen un centrómero único en cada cromosoma, por lo que los eventos de rotura o fusión pueden provocar la pérdida o ganancia de centrómeros. Si bien la pérdida de un centrómero a menudo conduce a que el cromosoma se `` corte '' o se quede en el centro de las células en división, la ganancia de un centrómero puede ser igualmente dañina, causando una mayor rotura a medida que las células intentan tirar del cromosoma en direcciones opuestas. A pesar de estos riesgos, "las fusiones de cromosomas son bastante comunes durante la evolución", dijo el Dr. Peichel. Los numerosos ejemplos de fusiones cromosómicas estables entre especies animales, que suelen formar cromosomas con dos centrómeros llamados dicéntricos, sugieren que existen mecanismos para estabilizar los cromosomas dicéntricos recién formados y prevenir su rotura durante la división celular. Ha habido varios eventos de fusión de cromosomas en la familia de peces espinosos (Gasterosteidae) en los últimos 35 millones de años. En el Laboratorio Peichel, anteriormente ubicado en las divisiones Fred Hutch de Biología Humana y Ciencias Básicas, pero ahora ubicado en la Universidad de Berna, Suiza, la ex estudiante de posgrado Jennifer Cech caracterizó un cromosoma dicéntrico recién formado en el pez espinoso del mar de Japón. Su estudio fue publicado recientemente en Investigación de cromosomas. El Dr. Peichel dijo que su estudio es "uno de los primeros en identificar los mecanismos que permiten que los cromosomas dicéntricos con efectos potencialmente deletéreos persistan en las poblaciones naturales".

Una característica compartida de casi todos los centrómeros es la unión de una proteína llamada CENP-A que forma la base de un gran complejo proteico llamado cinetocoro que se une a las fibras para segregar los cromosomas durante la división celular. Por tanto, la presencia de la proteína CENP-A implica que el centrómero es funcional para dirigir la segregación durante la división celular. El cromosoma de fusión "neo-Y" en las especies del Mar de Japón es una combinación del cromosoma 9 y el cromosoma Y, que no están fusionados en las especies del Océano Pacífico. Para determinar si ambos centrómeros del neo-Y eran capaces de unirse a CENP-A, los científicos utilizaron un anticuerpo que generaron en su estudio anterior para localizar la proteína CENP-A en cromosomas espinosos aislados. Descubrieron que CENP-A se localizaba en el punto de constricción principal de todos los cromosomas de las especies del Océano Pacífico, incluidos el cromosoma 9 y el cromosoma Y. El cromosoma neo-Y del espinoso del mar de Japón, sin embargo, solo tenía una región de tinción CENP-A, que correspondía al centrómero del cromosoma 9 en la especie ancestral.

Al descubrir que esta proteína o marcador epigenético del centrómero se había perdido en el cromosoma de fusión del Mar de Japón, los científicos querían determinar si la secuencia de ADN subyacente había cambiado. Su objetivo era captar la evolución en acción y ver qué viene primero: ¿un cambio en la secuencia de ADN o un cambio en la unión de CENP-A? En su estudio anterior, el Peichel Lab había identificado una secuencia común en cada centrómero del pez espinoso del Océano Pacífico. En este estudio, ampliaron su análisis de la secuencia del cromosoma Y del océano Pacífico y también estudiaron el cromosoma de fusión "neo-Y" del espinoso del mar de Japón. Descubrieron que su sonda de ADN, que marcaba el centrómero de todos los autosomas y el cromosoma X de las especies del Océano Pacífico, solo se hibridaba débilmente con el punto de constricción del cromosoma Y en esa especie. Curiosamente, la sonda de ADN no se hibridó en absoluto con el punto de constricción del cromosoma Y anterior en el cromosoma de fusión neo-Y Japan Sea. Por el contrario, etiquetó eficientemente el centrómero en el neo-Y que correspondía al cromosoma ancestral 9. Carece de la secuencia del centrómero en el cromosoma Y del Océano Pacífico, que es difícil de recolectar para los centrómeros incluso en organismos bien estudiados debido a su De naturaleza repetitiva, los científicos no pueden determinar si la secuencia del centrómero ha sido eliminada o simplemente cambiada en el neo-Y. Sin embargo, pueden concluir que ha habido cambios genéticos que impiden el reconocimiento por una sonda de ADN que reconoce el centrómero Y ancestral, aunque débilmente.

Actualmente, los miembros del grupo de investigación del Dr. Peichel están trabajando en el estudio de la evolución del cromosoma Y en estas y otras especies de espinosos con fusiones del cromosoma Y. "Al igual que en los seres humanos y los ratones, los espinosos han desarrollado una secuencia [ligeramente] diferente en el cromosoma Y, pero no sabemos exactamente en qué se diferencia [o cómo afecta su función o segregación]". & quot; Porque los centrómeros son realmente difíciles de secuenciar , esta es una pregunta difícil de responder, pero estamos logrando algunos avances. ¡Estén atentos! & Quot

Cech JN, Peichel CL. 2016. "Inactivación de centrómeros en un cromosoma de fusión neo-Y en peces espinosos de tres espinas". Investigación de cromosomas.

Esta investigación fue financiada por la National Science Foundation, los National Institutes of Health y el Fred Hutchinson Cancer Research Center.


Los centros oscuros de los cromosomas revelan ADN antiguo

Los genetistas que exploran el corazón oscuro del genoma humano han descubierto grandes trozos de ADN neandertal y otro ADN antiguo. Los resultados abren nuevas formas de estudiar cómo se comportan los cromosomas durante la división celular y cómo han cambiado durante la evolución humana.

Los centrómeros se encuentran en el medio de los cromosomas, la "cintura" apretada en la imagen de un cromosoma de un libro de texto de biología. El centrómero ancla las fibras que separan los cromosomas cuando las células se dividen, lo que significa que son realmente importantes para comprender qué sucede cuando la división celular falla, lo que conduce a cáncer o defectos genéticos.

Pero el ADN de los centrómeros contiene muchas secuencias que se repiten y los científicos no han podido mapear adecuadamente esta región.

"Es el corazón de la oscuridad del genoma, advertimos a los estudiantes que no vayan allí", dijo Charles Langley, profesor de evolución y ecología en UC Davis. Langley es autor principal de un artículo que describe el trabajo publicado en un próximo número de la revista. eLife.

Langley y sus colegas Sasha Langley y Gary Karpen en el Laboratorio Lawrence Berkeley y Karen Miga en UC Santa Cruz razonaron que podría haber haplotipos, grupos de genes que se heredan juntos en la evolución humana, que se extienden por vastas porciones de nuestros genomas, y incluso a través del centrómero.

Eso es porque el centrómero no participa en el proceso de "cruce" que ocurre cuando las células se dividen para formar espermatozoides u óvulos. Durante el cruce, los cromosomas emparejados se alinean uno al lado del otro y sus extremidades se cruzan, a veces cortando y empalmando el ADN entre ellos para que los genes se puedan mezclar. Pero los cruces caen a cero cerca de los centrómeros. Sin ese cambio en cada generación, los centrómeros podrían conservar intactos tramos muy antiguos de ADN.

Los investigadores buscaron polimorfismos heredados de un solo nucleótido, cambios heredados en una sola letra de ADN, que les permitirían mapear los haplotipos en el centrómero.

Primero demostraron que podían identificar haplotipos centroméricos, o "quizás", en Drosophila moscas de la fruta.

Ese hallazgo tiene dos implicaciones, dijo Langley. En primer lugar, si los investigadores pueden distinguir los cromosomas entre sí por sus centrómeros, pueden comenzar a realizar pruebas funcionales para ver si estas diferencias tienen un impacto en qué parte de ADN se hereda. Por ejemplo, durante la formación del huevo, se forman cuatro cromátidas a partir de dos cromosomas, pero solo uno llega al huevo. Entonces, los científicos quieren saber: ¿Se transmiten ciertos haplotipos de centrómero con más frecuencia? ¿Es más probable que algunos haplotipos estén involucrados en errores?

En segundo lugar, los investigadores pueden usar centrómeros para observar la ascendencia y la descendencia evolutiva.

En cuanto al ADN humano, los investigadores observaron las secuencias de centrómeros del Proyecto 1000 Genomas, un catálogo público de variación humana. Descubrieron haplotipos que abarcan los centrómeros en todos los cromosomas humanos.

Haplotipos de hace medio millón de años

En el cromosoma X de estas secuencias del genoma, encontraron varios haplotipos centroméricos importantes que representan linajes que se remontan a medio millón de años. En el genoma en su conjunto, la mayor parte de la diversidad se observa entre los genomas africanos en consonancia con la propagación más reciente de los seres humanos fuera del continente africano. Uno de los linajes de haplotipos de centrómeros más antiguos no fue llevado por esos primeros emigrantes.

En el cromosoma 11, encontraron haplotipos muy divergentes de ADN neandertal en genomas no africanos. Estos haplotipos divergieron hace entre 700.000 y un millón de años, aproximadamente cuando los antepasados ​​de los neandertales se separaron de otros antepasados ​​humanos. El centrómero del cromosoma 12 también contiene un haplotipo arcaico aún más antiguo que parece derivar de un pariente desconocido.

Este ADN de neandertal en el cromosoma 11 podría estar influyendo en las diferencias en nuestro sentido del olfato hasta el día de hoy. Las células que responden al gusto y al olfato portan receptores odorantes activados por firmas químicas específicas. Los seres humanos tienen alrededor de 400 genes diferentes para los receptores de olores. Treinta y cuatro de estos genes residen dentro del haplotipo del centrómero del cromosoma 11. Los haplotipos centroméricos neandertales y un segundo haplotipo antiguo explican aproximadamente la mitad de la variación en estas proteínas receptoras de olor.

Se sabe por el trabajo de otros que la variación genética en los receptores odoríparos puede influir en el sentido del gusto y el olfato, pero los efectos funcionales de la variación encontrada en este estudio aún no se han descubierto y su impacto en el gusto y el olfato no se ha analizado.


Biología del Centrómero Vegetal

Biología del Centrómero Vegetal se dedica a la investigación de centrómeros vegetales. Los capítulos cubren la estructura de los centrómeros de varias especies de plantas que incluyen Arabidopsis thaliana, arroz, maíz, trigo y remolacha, mientras que otras secciones cubren varias características únicas asociadas con los centrómeros de las plantas, incluidos los neocentrómeros clásicos y modernos, el impulso del centrómero y la división errónea del centrómero. Se dedican capítulos adicionales a la modificación epigenética y la evolución de los centrómeros de las plantas, y al desarrollo y aplicación de los cromosomas artificiales de las plantas.

Escrito por un grupo internacional de expertos en el campo, Plant Biología del Centrómero es un valioso manual para todos los científicos de plantas que trabajan en la investigación del genoma de las plantas. Más allá del banco, también puede servir como una herramienta de referencia útil o un libro de texto para las clases universitarias de nivel superior sobre citogenética o análisis del genoma.

Biografías del autor

Jiming Jiang es profesor de horticultura en la Universidad de Wisconsin, Madison. Su investigación se centra en la citogenética molecular de las plantas, los centrómeros de las plantas, el mejoramiento de la papa y la genómica. Además de sus actividades de investigación, el Dr. Jiang también imparte un curso de introducción a la citogenética y es miembro electo de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia.

James A. Birchler es profesor curador de ciencias biológicas en la Universidad de Missouri-Columbia. Su laboratorio estudia la expresión génica en eucariotas multicelulares a nivel genético y cromosómico, utilizando maíz y Drosophila como organismos experimentales. El Dr. Birchler ha publicado numerosos artículos en revistas como The New Phytologist, The Plant Cell y Genes and Chromatin, y es miembro electo de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia.


Introducción

El genoma humano está organizado espacialmente dentro de los núcleos de células diferenciadas. Existe una disposición radial de territorios cromosómicos (CT): los cromosomas ricos en genes como el cromosoma 19 (HSA19) se concentran en el centro del núcleo y más cromosomas pobres en genes (por ejemplo, el cromosoma 18) se localizan hacia la periferia nuclear (Croft et al. ., 1999 Boyle et al., 2001 Cremer et al., 2001 Cremer et al., 2003). Los centrómeros también se encuentran generalmente en la periferia nuclear, o alrededor de los nucleolos (Carvalho et al., 2001 Weierich et al., 2003 Gilchrist et al., 2004), mientras que los telómeros se encuentran principalmente en el interior nuclear (Weierich et al., 2003). ). Los grupos de genes y los dominios cromosómicos individuales también tienen localizaciones distintivas con respecto a sus CT (Volpi et al., 2000 Williams et al., 2002 Mahy et al., 2002a).

En los organismos modelo, está claro que la organización nuclear puede regular la expresión génica (Spector, 2003). Los datos concuerdan con que la organización nuclear también es un factor determinante de la expresión génica del genoma humano. Por lo tanto, puede haber diferencias en la organización nuclear de diferentes tipos de células. De hecho, en algunos tipos de células humanas (amniocitos y fibroblastos) con núcleos planos / elipsoides, HSA18 se puede encontrar hacia el centro nuclear en lugar de en la periferia nuclear, como es típico en las células con núcleos más esféricos (linfocitos, queratinocitos, colon y células epiteliales del cuello uterino) (Cremer et al., 2001 Cremer et al., 2003). En el ratón, se han documentado diferencias en la distribución espacial y radial de los cromosomas en diferentes tejidos del animal (Parada et al., 2004) así como durante la diferenciación de células T (Kim et al., 2004). Sin embargo, hasta la fecha no se ha documentado ningún cambio significativo en la posición radial de un cromosoma humano dentro del núcleo durante la diferenciación, aunque puede haber cambios en las asociaciones cromosómicas (Kuroda et al., 2004).

Dentro de los propios CT, la posición de los grupos de genes se altera en diferentes tipos de células humanas diferenciadas (Volpi et al., 2000 Williams et al., 2002). Este aspecto de la organización nuclear no se ha estudiado en las células madre humanas, pero en el ratón, se ha observado el movimiento de genes específicos fuera de las CT tras la diferenciación de las células madre embrionarias (Chambeyron y Bickmore, 2004). Los centrómeros humanos se localizan cerca de la periferia nuclear o del nucleolo (Carvalho et al., 2001 Weierich et al., 2003). Sin embargo, se han informado cambios en la distribución del centrómero en relación con el ciclo celular, el estado fisiológico o de diferenciación (revisado por Gilchrist et al., 2004). Además, se han informado asociaciones de centrómeros específicos de linaje en cromocentros durante la diferenciación linfoide y mieloide, con un aumento general en la agrupación de centrómeros hacia etapas posteriores de diferenciación (Beil et al., 2002 Alcobia et al., 2003).

Si la organización nuclear regula la expresión génica, entonces puede tener un papel clave en restringirla, ya que las células se comprometen más con una vía de diferenciación. Por tanto, es importante determinar cómo se organiza el genoma en el núcleo de las células pluripotentes y, en particular, en las células madre (Fisher y Merkenschlager, 2002). La organización de los cromosomas y centrómeros humanos se ha estudiado en células progenitoras hematopoyéticas (Cremer et al., 2003) y en células madre CD34 + de sangre de cordón umbilical (Alcobia et al., 2003). Sin embargo, no se han realizado estudios de organización nuclear en células hES.

Las células madre embrionarias se han derivado de la masa celular interna de los blastocistos y, además de ser capaces de autorrenovarse, tienen la capacidad de diferenciarse en las tres capas germinales embrionarias cuando se inyectan en ratones inmunodeficientes combinados graves (Thomson et al., 1998). Se prevé que las células hES serán una herramienta importante para comprender el desarrollo humano temprano, con la esperanza de que también puedan tener potencial terapéutico. Aunque comparten muchas características con las células ES de ratón (mES), incluida la expresión de genes comunes importantes para la pluripotencia, también existen diferencias clave entre las células mES y hES (Pera y Trounson, 2004 Ginis et al., 2004). Además, existen diferencias fundamentales en la organización de los cromosomas entre los genomas humano y de ratón. Por lo tanto, las células mES no pueden servir como modelo adecuado para estudiar la organización nuclear de las células madre humanas y se requiere una investigación de los núcleos de las células hES.

Aquí comparamos la organización nuclear de células humanas diferenciadas con células hES. Mostramos que las células hES tienen una organización radial de cromosomas en el núcleo que se relaciona con la densidad de genes y que es típica de muchos tipos de células diferenciadas. Sin embargo, encontramos diferencias en la localización de cromosomas y loci de genes con funciones conocidas en la pluripotencia. También describimos las diferencias en la posición del centrómero en los núcleos de las células hES.


Declaración de financiación

E.M.D. está financiado por Science Foundation Ireland -PIYRA 13 / YI / 2187 (www.sfi.ie). A.A.D. fue financiado por una beca postdoctoral del Gobierno de Irlanda 2017/1324 del Irish Research Council (www.research.ie) y la Science Foundation Ireland-PIYRA 13 / YI / 2187 otorgada a E.M.D. B.L.C. está financiado por una beca de posgrado del Gobierno de Irlanda 2018/1208 del Irish Research Council y por la Science Foundation Ireland-PIYRA 13 / YI / 2187 otorgada a E.M.D. Los patrocinadores no tuvieron ningún papel en el diseño del estudio, la recopilación y el análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación del manuscrito.


Datos sobre los cromosomas:

  • El primer cromosoma se descubrió en 1800 cuando los científicos observaban células con un microscopio.
  • Thomas Morgan ayudó a vincular los cromosomas con los rasgos heredados.
  • Una copia del cromosoma se hereda de la madre y una copia del cromosoma se hereda del padre.
  • Una mosca de la fruta solo tiene cuatro pares de cromosomas.
  • Un perro tiene 39 pares de cromosomas.
  • Las células sanguíneas impiden que los cromosomas pierdan sus telómeros.
  • La única parte de la célula humana que no tiene un par de cromosomas son las células reproductoras.

¿Qué aprendiste?

  • ¿Qué hacen los cromosomas? Los cromosomas ayudan a mantener el ADN envuelto alrededor de la proteína.
  • ¿Cuántos pares de cromosomas tenemos los seres humanos? Los humanos tenemos 23 pares de cromosomas.
  • ¿Tienen los niños y las niñas un conjunto diferente de cromosomas? Sí, los niños tienen un cromosoma xy uno y y las niñas solo dos cromosomas x.
  • Los rasgos se pueden heredar o adquirir. What does acquire mean? Acquired traits means that they happened through the environment, like getting thicker hair if you live in the cold regions.
  • Do all creatures have the same number of chromosomes? No, each species has their own special number of chromosomes.
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