Tema 3. Cromosoma eucariòtic (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura citogenetica
Año del apunte 2014
Páginas 21
Fecha de subida 11/11/2014
Descargas 4
Subido por

Vista previa del texto

Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo CROMOSOMA EUCARIÒTIC 1. TIPUS DE CROMOSOMES Per poden conservar tot el material genètic (tot el genoma), els gens s'agrupen en diferents unitat de transmissió: els cromosomes.
• Virus i bacteris: en general presenten un sol cromosoma circular. Els nombre de gens es relativament petit, de manera que es pot estructurar de manera senzilla.
• Eucariotes: la mida del genoma és molt gran i el nombre de gens (DNA lineal unit a histones) es mot elevat, de manera que s'estructura en més d'un cromosoma.
• Fongs i llevats: en general presenten més d'un cromosoma on molècules grans que formen complexes amb proteïnes.
2. ESTRUCTURA QUÍMICA DEL CROMOSOMA EUCARIÒTIC 2.1. ORGANITZACIÓ DE LA FIBRA DE CROMATINA 2.1.1. Les histones Sempre que una funció és bàsica i determina la viabilitat de la cèl·lula, són funcions conservades. El fet que les histones siguin proteïnes molt conservades, vol dir que realitzen funció primordials per les cèl·lules.
Característiques estructurals de les histones Normalment les histones es caracteritzen per presentar dos dominis: domini de plegament o histone fold (cap a la dreta); i al extrem oposat es formar la cua terminal de la molècula.
Aquest dominis que son diferents estructuralment, també determinen dos funcions clarament diferenciades (juntes determinen la compactació de les histones).
Les diferents histones s’organitzen formant un octàmer d’histones (2 de cada), que esta encerclat per dues voltes de la cadena de DNA (segment d’aprox. 146pb). A la base d’aquest segment es situa una sola copia de la histona H1. Aquesta estructura s’anomena nucleosoma, que es nivell més bàsic d’organització de la cromatina.
1 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo En la formació d’aquest nucleosoma participen les 5 histones que s’associen de manera determinada segons els domini de plegament propi de cada una (determinen interaccions entre proteïnes).
De manera que es una associació altament regulada que es realitza sempre a través d’un mecanisme de formació altament organitzat. Perquè els dominis de plegament actuïn correctament cal la presencia de proteïnes de xaperones (modulen les interaccions entre altres tipus de proteïnes) que s’uneixen amb les histones i faciliten l’associació dels dominis de plegaments.
Formació de l’octàmer - Primerament es formarà un dímer amb H3-H4, el qual interacciona amb el DNA a través de diferents interaccions amb el domini de plegament (142 pont d’H – 50% amb grup fosfat, interaccions hidrofòbiques i unions salines), gracies a l’acció de la xaperones.
- Tot seguit un altre dímer de H3-H4 s’uneix al component (formant un tetràmer), - En el següent pas s’uneixen dos dímers més de H2A-H2B.
De manera que el domini de plegament determina com s’estructura el nucleosoma, perquè les histones s’associaran d’una manera determinada segons aquest. La cua N-terminal es situen cap al exterior del nucleosoma (significat funcional).
2.1.2. Fibra 10nm Els diferents nucleosomes que conformen una única molècula de DNA, formen una fibra de 10nm o collar de perles. Aquesta, per tant, esta formada pel conjunt de nucleosomes (situats un al costat de l’altre, amb una distància de 80pb aproximadament).
2 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo 2.1.3. Estructuració de 30nm Model solenoide: proposa que la fibra de 10nm s’organitza amb una mena de motlla amb un gruix total de 30nm. Les forces que determinen aquest pas de 10 a 30 ve donada per la H1, la qual interacciona amb altres histones igual i incrementar l’empaquetament. També participa la cua N-terminal, la qual segons les modificacions estan implicades en la canvi de fibra.
Aquest model no explica moltes de les observacions experimentals de l’organització. El que esta clar, es que en experiments invitro el model solenoide s’observa. Però no es sap si el nivell d’organització és únicament solenoide o hi ha altres models, com el ziga-zaga.
Totes les estructures que segueixen a la fibra de 30nm són hipòtesis.
2.1.4. Estructura de 300nm Experiment: nuclis interfàsic o cromosomes metafàsics es tracten amb elements que eliminen les proteïnes associades. El que s’observa són estructures que recorden cromosomes (en el cas de cromosomes metafasic) o estructures més denses que semblen loops (en nucli interfàsic).
Es va observar un scafor-proteic format per proteïnes no histones que formen una base proteica (esquelet proteic) sobre la que descansen els loop de fibra de 30nm, fins arribar a un gruix màxim de 300nm.
Aquesta estructura es discontinua i dinàmica, i segurament té molt a veure amb el dinamisme que presenten els cromosomes en les diferents fases del cicle cel·lular. Esta format per: - Topoisomerases II - SMC2: manteniment de l’estructura dels cromosomes - KIF4 (kinasines): proteïnes d’unió als microtúbuls que determinen el moviment.
Les seqüències de DNA unides aquesta esquelet s’anomenen SAR (Scaffold Attachment Regions), les quals són capaces d’unir-se al esquelet i són molt riques en adenina-timina.
En el cromosoma interfàsic, es poden observar fibres de 10, 30 i 300nm en estudis invitro.
3 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo 2.1.5. Cromosoma mitòtic (condensació màxima) La hipòtesi més acceptada per passar de fibra de 300nm a cromosomes amb braços de 700nm és la hipòtesis dels solenoide. Aquest diu que la fibra de 300nm s’organitza en forma de motlle adquirint un grau de condensació amb una amplada de 700nm.
En els alguns tipus cel·lulars s’observa el model mini-band, el qual promou que la fibra de 700nm es forma perquè la fibra de 30nm s’organitza al voltant d’una matriu nuclear (esquelet) i el gruix global d’aquesta estructura serien els 700nm.
Ex: cromosoma 22 humà té uns 15mn de llarg estirat, de forma que en el cromosoma interfàsic presenten una longitud de 0,015nm (x1000) i condensat 2µm (x10.000).
L’essència de la condensació, les dues funcions bàsiques, estan relacionades amb: - Separació: un element filamentós com un cromosoma (dues cromatides) és molt més fàcil de separar que no si no estigues condensat.
- Protecció: un cromosoma condensat aporta protecció contra els trencaments durant la anafase.
Les molècules que determinen el grau de condensació màxim són les modificacions en histones (pas de eucromatina a heterocromatina), a més d’altres proteïnes no histones que afavoreixen la condensació.
En la fibra de 300nm es forma un esquelet proteic (estructura dinàmica) on s’uneixen les fibres de 30nm per formar l’estructura. Aquest esquelet proteic metafàsic és molt semblant a la fibra que es forma, és a dir, tenen els mateixos components: topoisomerases II, condensines i KIF4. De manera que s’observa que aquests component es distribueixen clarament formant dos eixos longitudinals (imatge).
Condensines Hi ha diferents tipus de condensines (família proteica), però totes elles presenten una similitud estructural. Totes estan formades per Smc2 i Smc4 (s’encarreguen del manteniment dels cromosomes). Aquestes dues proteïnes, en un del extrem formen un domini que permet a les proteïnes obrir-se o tancar-se (com bisagra). Al extrem oposat, hi ha un domini de naturalesa globular que té activitat ATPasa (hidrolitza ATP) i en resposta a aquest ATP, s’obre o es tanca. Per modular 4 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo l’activitat de les condensines hi ha dues proteïnes complementaries, les Kleisines i molècules K les quals estan en domini globular i modulen l’activitat ATPasa.
Tota l’estructura, globalment forma el complex de les condensines. Aquestes estan distribuïdes al llarg de tot l’eix longitudinal del cromosoma. S’ha observat experimentalment que si combines molècules condensades de DNA i ATP, les condensines tenen la capacitat de organitzar el DNA.
A partir d’aquestes observacions, el model que es coneix actualment de com actuen les condensines és que aquestes s’unirien pel domini frontiser, formant una mena d’anell i exposarien a la part externa els domini amb activitat ATPasa. En aquests dominis s’anirien enganxant molècules de DNA i s’anirien condensant. De manera que les condensines formarien un eix central i al voltant d’ell es situarien els loop de DNA altament organitzat.
2.2. EUCROMATINA I HETEROCROMATINA La presencia de regions que presenten diferents nivells d’organització (formes de cromatina condensada i formes més esteses) ens porta al concepte de dinàmica del cromosoma interfàsic: eucromatina i heterocromatina.
Concepte Citològic L’heterocromatina és la que es tenyeix diferent de l’eucromatina. En nuclis interfàsics es tenyeix intensament l’heterocromatina (centròmers i corpuscle de Barr). En canvi, en cromosomes mitòtics l’heterocromatina correspon a regions que es tenyeixen menys coincidint amb les constriccions secundàries.
Concepte Funcional Eucromatina: Cromatina transcripcionalment activa. La majoria en forma de fibra de cromatina de 30nm, encara que un 10% presenten l’estructura de 10nm.
Heterocromatina: Cromatina transcripcionalment inactiva que presenta un grau de compactació molt elevat, habitualment esta format per fibres de 300nm. Dos tipus: • Constitutiva: DNA altament repetitiu (centròmers i telòmers) • Facultativa: Cromosoma X en femelles de mamífer La característica eucromàtica o heterocromàtica de la cromatina depèn de: 1. Metilació de Citosines 5 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo La incorporació de grups metils en la posició 5’ de les citosines és una reacció catalitzada per les DNAmetiltransferases.
En mamífers, s’han identificats diferents tipus de DNMT, que actuen en organsimes diferents. Totes elles, utilitzen com a molècula donadora del grup metil la S-Adenosil-Metionina (SAM).
La metilació de citosines implica canvis conformacionals de la cromatina, en tant que la metilació impedeix la acció de factors de transcripció i per tant determina la depressió del determinats segments (regió inactiva). També, la metilació permet la unió de les proteïnes MBDs, les qual senyalitzen un determinant domini per reclutar proteïnes que actuen remodelant la cromatina (determinat domini passi a ser tancat: transcripcionalment inactiva).
2. Modificacions de l’extrem N-term de les histones Les modificacions del extrems N-terminal afecten a les cues de qualsevol dels dominis d’Histones i és un dels mecanismes que impliquen transformacions d’eucromatina a heterocromatina. També poden haver-hi modificacions a la part globular de la histona.
Modificacions covalents que tenen a veure amb els aminoàcids de les cues: - Acetilacions de lisines i arginines - Metilació de lisines i arginines - Fosforilació de serines - Ubiquinització Les modificacions estaven implicades en els canvis conformacionals de la cromatina. Això es pot donar per la pròpia modificació covalent que implica un canvi conformacional de la cromatina.
Acetilacions de lisines i arginines Ex: la acetiltransferasa (HATs) afegeixen un grup acetil i això implica un canvi conformacional, en tant que la acetilació implica que la carga neta positiva de les lisines quedi neutralitzada.
Que s’amagui la carrega neta positiva es relaciona amb senyal eucromatina. Es relaxa l’estructura, fent que la cromatina passi a ser més laxa i oberta.
6 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo Aquesta modificació de la carrega difícilment pot explicar els canvis conformacionals. Es pensa simplement que el canvi i la presencia dels grups acetil desestabilitzen l’unió amb el nucleosoma i es produeix aquest canvi conformacional.
De manera que les acetilacions van associades a eucromatines i les desacetilacions van relacionades amb heterocromatines (regions tancades).
Metilacions de lisines i arginines Les metilacions són produïdes per enzims genèrics que transfereixen grups metil (metilstransferases). Aquests actuen de forma específica en determinats llocs, a més, poden afegir 1, 2 o fins a 3 grups metils (mono-, di-, tri- metilada).
També hi ha enzims que eliminen el metil, tot i que no es coneixen quins són. En qualsevol cas, la metilació produeix un canvi conformacional a heterocromatina. La proposta més senzilla es que una lisina metilada no pot estar acetilada, de forma que la metilació evita la acetilació (cosa que provocava la eucromatina).
Els grans canvis conformacional difícilment es poden explicar per metilacions o acetilacions concretes. La raó principal de perquè es produeixen ens porta a part del codi de les histones.
Codi de les histones: combinació de modificacions dels extrems N-ter de les histones que determina com i quan el DNA empaquetat en el nucleosoma és accessible, és a dir, conformen senyals (CODI) perquè en una regió concreta actuïn factors remodeladors de la cromatina (modifiquen l’estatus conformacional).
Ex: en la H3 es sap que la cua N-ter esta metilada en la Lis 9, i això implica sempre que aquell domini quedi silenciat (el segment cromatidic esta en forma de heterocromatina).
Ex: la Lis 4 esta metilada i la Lis 9 esta acetilada, la conformació estarà relacionada amb expressió gènica i per tant eucromatina.
Actuen com a senyals que són reconegudes per altres proteïnes que canvien el grau de condensació de la cromatina 7 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo Lectura del codi de les histones Exemple 1: la proteïna HP1 (oligòmer: diferents subunitat) gairebé sempre implica que hi hagi heterocromatina. ` - Cromo-domini: reconeix la tri-metilació en Lis 9 de la cua N-ter de l’H3 i s’uneix específicament.
- Cromo-shadow: reconeixement específic d’altres cromo-shadow de altres proteïnes HP1 adjacents, on s’uniran i formaran dímers.
Per tant, l’efecte d’aquesta proteïna és la de condensar una regió concreta de nucleosomes a partir de la unió entre les proteïnes, formant un segment heterocromàtic.
Exemple 2: les proteïnes Sir (Silence information regulator) realitzen una funció similar a HP1, però actuen normalment en llevats.
- Un domini permet el reconeixen específic de les cues desacetilades de les histones i s’uneixen a través d’unes proteïnes intermediàries que reconeixen les repeticions en tàndem de DNA  específiques del telòmer (riques en G-C): extrems del cromosomes.
- Un altre domini li permet crea unions entre proteïnes Sir adjacents, de forma que s’uneixen entre elles.
- Un tercer domini funcional, una desacetilasa, elimina els grups acetils de nucleosomes adjacents, de manera que expandeix el senyal heterocromàtic.
Exemple 3: els cromodomins no estan nomes a HP1, sinó que són presents de forma genèrica en els factores remodeladors de la cromatina i el que fan es reconèixer metilacions.
En contraposició hi ha bromodomins, que reconeixen acetilació.
Model d’extensió del senyal eucromàtic/heterocromàtic: funcionament codi d’histones Un segment de cromatina que ha de modificar la seva conformació, per dur-ho a terme, la primer etapa es que arribi una senyal a la cèl·lula que li indiqui que el segment ha de patir una modificació concreta. Aquesta senyal activa una proteïna reguladora de gen, la qual regula l’activitat de proteïnes que modifiquen l’extrem N-ter, de manera que introdueixen modificacions covalents com acetilacions, metilacions, etc. Genèricament a aquestes proteïnes se les anomenarà “escriptores”, introdueixen les marques a segments concrets.
8 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo Un cop es produeix el senyal a la regió concreta, arriben els lectors, que llegeixen el codi d’histones. Aquests lectors son els factores remodeladors de la cromatina i es caracteritzen perquè presenten com a part intrínseca de la seva estructura cromdomonis o bromodominis.
Aquests també modifiquen l’estat conformacional amb unions creuades (oligòmers). Sovint, els lectores tenen la capacitat de escriure, és a dir, actuar com les proteïnes inicial.
Obligatòriament, el model esta relacionat amb la presencia de senyals que limiten el canvi de hetero o eucro. És a dir, limita que el senyal s‘estengui per tot el cromosoma.
Modificacions de les citosines i les metilacions dels extrem N-ter estar relacionades. De manera que quan esta metilada la histona, esta acetilada la citosina. I al revés. (DIAPO) 3. Presència de variants d’histones Hi ha 4 histones que formen part de l’octàmer, les anomenades histones canòniques. Hi ha, però, variacions en la seqüència de nucleòtids d’aquestes. De manera que la funció que realitzin en els nucleosomes seran diferents.
Les histones variants formen part dels nucleosomes i realitzen funcions concretes, normalment a regions concretes. Al llarg del genoma, hi ha una distribució de les diferents variants. En primera instancia produeixen un canvi conformacional de la cromatina i, de manera que segons aquesta, es realitzarà una funció concreta.
9 adopten unes configuracions especifiques per ser reparats.
*H2AX es present quan el DNA es trenca i el nucleosomes Exemples: Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo 2.3. EPIGENETICA Epigenètica: mecanismes que regulen la dispersió i l’activitat d’un gens sense que es produeixin canvis en la seqüència de nucleòtids.
Les modificacions post-traduccionals d’histones són modificacions classificades com a epigenètiques, ja que segons la forma eucromàtica o heterocromàtica el gen es transcriurà o no.
Tot això es dóna en cromosomes invitro. S’ha descobert que en cromosomes invivo en el moment de divisió cel·lular no existeix la fibra de 30, 300 o més; sinó que la fibra més gran és la de 10nm.
No nega que el cromosoma estigui organitzant gracies les condensines. Però el que diu l’article és que els condensines actuen durant tot el cicle cel·lular (no només per formar cromosomes).
En el nucli interfàsic proposa que les fibres de 30 i 300nm es una artefacte que es troba al laboratori que no son més que fibres de 10nm superposades.
10 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo ESTRUCTURA DEL CROMOSOMA EUCARIÒTIC 1. ESTRUCTURA EXTERNA DEL CROMOSOMA EUCARIÒTIC Els cromosomes presenten estructures diferents segons el moment en el que son analitzats.
Els cromosomes, centrant-nos en el nivell metafàsic, adopta diferents morfologies si estem davant de cromosomes mitòtics o meiòtics.
1.1. CROMOSOMA MITÒTIC El cromosoma mitòtic esta format per dues cromàtides, on cada una esta formada per una sola molècula de DNA. La morfologia i nombre de cromosomes és constant per l’organisme determinat. No hi ha correlació entre el nombre de cromosomes i el contingut de DNA, en tant que el nombre de cromosomes a estat sotmès al llarg del procés evolutiu a una forta pressió.
De la mateixa manera que el nombre de cromosomes no te relació amb el procés evolutiu directe.
Els cromosomes tenen un mida variable segons la tècnica utilitzada. Es diferencien segon la posició del centròmer (diferencia braç p i q): metacèntric, acrocèntric, telocèntric.
El número de cromosomes, en les cèl·lules somàtiques de la majoria d’espècies, es caracteritzen per un parell de cada tipus de cromosomes (cromosomes homòlegs), de forma que es representa com a 2n – diploides.
Les característiques externes i morfològiques defineixen tres conceptes:  Complement cromosòmic: conjunt de cromosomes d’una cèl·lula o organisme.
 Cariotip: estudi de les característiques morfològiques externes del cromosomes que es realitza ordenant el cromosomes homòlegs en relació a la seva mida i a la seva forma.
 Ideograma: representació gràfica del cariotip.
11 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo 1.2. CROMOSOMA MEIÒTIC S’organitzen de forma diferent segons l’etapa de la meiosi:  Metafase I: s’organitzen formant un bivalent – cada cromosoma (dues cromàtides) s’aparella amb el seu homòleg a través de quiasmes.
 Metafase II: cèl·lules haploides, amb dues cromàtides molt separades.
En funció del nombre, la localització dels quiasmes i la mida dels cromosomes presenten diferents morfologies.
4. ESTRUCTURA INTERNA DEL CROMOSOMA EUCARIÒTIC Un cromosoma funcional esta formada per una molècula lineal de DNA que conté orígens de replicació, un centròmer i dos telòmers. Per tant, hi ha segments de DNA que tenen la funció de desenvolupar al seu entorn aquestes estructures funcionals i la importància de la seqüència del DNA en aquests elements és molt important, ja que així és com es desenvolupen aquestes regions tan concretes.
Això es va poder demostrar experimentalment als 90, a partir d’experiments que partien d’un plasmidi que contenia gens per la síntesi de l’aa leucina (essencial, per ruta biosintetica) i es van transferir a cèl·lules eucariotes de Scaromyces.
- Primera etapa: es van cultivar les cèl·lules en un medi que no contenia leucina, de manera que només creixien les que havien incorporat el plasmidi. En les següents generacions, es va veure que no hi havia creixement (plasmidi sense capacitat de segregació ni replicació).
 Conclusió: un cromosoma o plasmidi, necessita unes estructures perquè pugui ser totalment funcional i passar de generació en generació.
- Segona etapa: es va incorporar en el plasmidis una seqüència que actua com a origen de replicació i es van traspassar a cèl·lules eucariotes i observar quines eren les característiques de les cèl·lules filles resultants. El resultat es que moltes filles morien, però hi havia un percentatge d’entre el 15-20% que si podien sobreviure, de forma que contenien el plasmidis també.
 Conclusió: amb OR, els plasmidis poden replicar, però la capacitat de segregació dels plasmidis és molt baixa. Demostra que cal alguna altra seqüència de nucleòtids que faci que es pugui segregar correctament.
12 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo - Tercera etapa: es va incorporar en els plasmidi una seqüència de nucleòtids que podia realitzar la funció centromèrica. Es va fer el mateix, i es va observa que les cèl·lules filles creixien sense cap tipus de problemes i gairebé totes presentaven el plasmidi.
 Conclusió: un cromosoma necessita orígens de replicació per poder-se replicar i centròmers per poder-se segregar.
Els plasmidis, però, són circulars. De manera que per fer-ho com si fossin cromosomes, es van modificar i els van fer lineals. Fent el mateix experiments, no creixia cap filla. Es va concloure que es necessari alguna cosa als extrems del cromosomes perquè aquest puguin passar a les següents generacions. Es van agregar seqüència molt semblants al telòmers i les cèl·lules filles tenien el plasmidis i es transmetien a totes.
Aquests experiments el que demostren es la importància de la seqüència de DNA que fa que una determinada regió fa que es comporti com un centròmer o telòmer.
4.1. CENTRÒMER Regió del cromosoma que s’associa a les fibra del fus durant la divisió cel·lular i que promou la divisió de les cromàtides germanes o dels cromosomes homòlegs (mitjançant el cinetocor). La majoria del cromosomes són monocèntrics (disposen d’un únic centròmer), ja que només hi ha una seqüència en el cromosoma que marca on ha d’estar el centròmer.
*El centròmer més senzill que es coneix (Scaromyces) El centròmer esta organitzat de manera molt similar en tots els organismes, ja que la seqüències de 125pb (molt senzilla) que sempre esta associada al desenvolupament d’aquest es molt semblant. En aquesta seqüència es diferencien 3 dominis funcionals: 13 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo  CDI i CDIII: flaquejant domini central. Els nucleòtids que la conformen són extremadament variants (no els nucleòtids normals, sinó variants d’aquests). Aquest dos dominis tenen com a funció situar-se als extremes del nucleosomes i actuen com a centres de reconeixement de proteïnes cinetocoriques (reconeixen els nucleòtids modificats).
 CDII (78-86pb): domini central i la seva seqüències esta formada per una gran quantitat de A-T. Forma un nucleosoma que presenta una variant de H3, la variant CENP-A.
Es va veure en Scaromyces pombe i en aquest hi ha diferents seqüències centromèriques en cada cromosomes, i té fins a 65kb. Quan es van analitzar les característiques d’aquest, es va veure que malgrat hi haguessin diferencies entre els centròmers, les seqüències eren similars:  Regió CC: regió no conservada, i variable. Flanquejades per B, L i K.
 Regió B: formades per DNA altament repetitiu i conservades.
 Regió L i K: DNA molt repetitiu i conservades.
Actualment es sap que hi ha semblances entre les diferents seqüències: 1. Els dominis CC presenten variants de la variant H3 (organitzen molts cromosomes). 2. Les histones presenten metilació de la Lys 9 (heterocromanització), en comptes de variants de nucleòtids.
Drosophila melanogaster presenta cromosomes amb seqüències centromèriques sense regions conservades entre elles, molt grans amb 420kb. Presenten DNA alfa satèl·lits (molt repetitiu – cada 5 bases), dels tipus AATAT i AAGAG. Aquests estan intercalats per transposons i per algunes seqüències de DNA no repetitiu.
Aquest característica es extensiva a la resta de metazous.
Les regions centromèriques, amb anàlisis molecular, s’observa que hi ha dos tipus de configuracions de la cromatina. Hi ha un tipus que es caracteritza per presenta en els seus 14 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo nucleosomes la variant de la H3 (CENP-A) i aquestes es troben intercalades amb altres regions de nucleosomes que presenten una cua amb una metilació de la lys 4 d’H3.
Aquest dos tipus d’heterocromatina, amb l’organització en loops, (H3 variant) generen un domini que esta directament relacionat amb el cinetocor. La seva funció principal és incrementar la cohesió entre cromàtides germanes (el centròmer forma una constricció entre aquestes), cosa que s’aconsegueix perquè la concentració de cohesines en aques punt és molt elevada (reconeix la modificació d’H3).
L’altre regió, forma un domini que esta orientat cap a la cap interna del centròmer (interior del cromosoma).
El cinetocor esta format per nucleosomes amb H3 de cua metilada (relacionen amb cara interna del cromosoma) i nucleosomes amb CENP-A, els qual dirigeixen la formació del cinetocor (estructura molt complexa formada per moltes proteïnes).
La cara interna del cinetocor (capa interna o xarxa intromèrica constitutiva (CCAN)) és sempre la mateixa per tots els cinetocors i esta íntimament relacionada amb les CENP-A.
En aquesta capa s’associen totes les proteïnes que caracteritzen el cinetocor: proteïnes motores (implicades en moviment de cromosomes), proteïnes reguladores de kinases, proteïnes d’unió als microtúbuls i proteïnes dels punts de control.
4.1.1. Definicions - Centròmer localitzat: inserció dels microtúbuls restringida a un segment del cromosoma.
La majoria de cromosomes tenen un regió especialitzada on s’inserten les fibres del fus.
- Centròmer difús: inserció de les fibres del fus sobre tota l’extensió cromosòmica. No tots els organismes presenten aquesta estructura, i en aquest cas, la inserció de les fibres es produeix al llarg de tot l’eix longitudinal. Aquests centròmers tenen una força limitada. Tot apunta a que contenen regions de DNA que desenvolupen centròmers i que possibiliten la seva distribució.
 Cromosomes holocèntrics (Nematodes (Ascaris), insectes (Lepidopters) i plantes (Lazula)): múltiples centròmers un al costat de l’altre 15 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo - Anomalies:  Cromosomes dicèntrics  Misdivisió: divisió transversal del centròmer, en comptes de la divisió longitudinal normal. Origina de cada cromosomes dos que s’anomenen telocèntrics (només presenten un braç).
4.2. TELÒMER Seqüències de DNA localitzades als extrems dels cromosomes d’eucariotes importants en la replicació i en el manteniment dels cromosomes. Repeticions en tàndem d’una seqüència simple de DNA.
El telòmers són regions riques en G-T (monocadena rica en cada un d’elles) en una seqüència en 6-8 nucleòtids repetida. Aquesta repetició es troba en tàndem als extrems, però el nombre de repeticions es variable entre les especies (Ex: humans – 300-8000; S. cerevisiae – 60100). Una característica comú de les repeticions es que aquestes formen una regió que sobresurt, es tracta d’una monocadena rica en guanina (G-rich stand), la qual forma un extrem 3’-OH protuberant.
La longitud d’aquest extrem també és variable entre espècies (Ex: humans – 75300; S. cerevisiae – 50-100).
4.2.1. Organització del telòmers Es va observar que en els extrems de tots els cromosomes s’observen estructures en forma de bucle. L’estructura es coneix com t-loop i és prou conservada en els eucariotes.
L’extrem 3’ protuberant s’inserta dins de la doble hèlix del DNA i desplaça una monocadena.
De manera que es forma un intermediari en la part terminal del telòmer format per 3 monocadenes de DNA. Per formar una estructura com aquesta (forma de loop) calen una gran quantitat de proteïnes que realitzen funcions força diverses:  Enzims de processament del DNA (Ex: helicasa): plegament – modificació de la molècula de DNA.
 POT1: l’extrem protuberant s’uneixen específicament a una regió i desplaça una cadena. La proteïna estabilitza específicament aquesta cadena.
16 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo  Enzims de reparació del DNA (Ex: Mre11, NBS1): tenim un extrem obert del cromosoma (trencament de doble cadena). Protegeixen l’extrem del cromosoma i possibilitant la inserció.
 Proteïnes estructurals (TRF1, TRF2): estabilitzen el t-loop.
4.2.2. Funcions telomèriques Manteniment L’objectiu final es estabilitzar el t-loop, el qual preserva l’estructura cromosòmica:  Protegir els extrem d’exo-nucleases.
 Eviten la fusió entre cromosomes: sense aquest són altament inestables amb possibilitat de fusionar-se i crear anomalies.
 Associen telòmers a dominis específics dins del nucli: actuen com a lloc d’ancoratge.
Estructura molt complexa que presenta una carrega molecular molt important. La majoria dels telòmers s’organitzen de la mateixa manera.
Replicació (VIDEO) Les DNA pol no poden copiar els extrems 5’ dels cromosomes lineals, en tant que es queda sense encebador. En aquest punt, actua la telomerasa. Aquesta presenta una seqüència d’ RNA motllo que forma part del complex de replicació; i actua com a transcriptasa inversa.
4.2.3. Telomerasa La telomerasa, és un gran complex proteic que forma part de t-loop, presenta un petit primer de RNA per poder unir més nucleòtids (propis de la seqüència repetida). Per l’acció de la telomerasa, la longitud telomèrica de la cadena discontinua no s’escurça a cada divisió.
La majoria de les cèl·lules somàtiques no presenten telomerasa, de manera que la majoria de divisió cel·lular impliquen escurçament telomèric, relacionat amb envelliment cel·lular.
Hi ha tres tipus de cèl·lules que presenten telomerasa són: precursors de gàmetes, cèl·lules mare pluri- o toti-potent, cèl·luels proliferatives.
La telomerasa esta regula per TRF1 i TRF2, perquè així no continuïn posant DNA constantment (augmenten el cromosoma de tamany).
17 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo 4.3. CROMÒMER Cromòmers: partícules discretes de cromatina de mida i forma variables ordenades linealment sobre la longitud del cromosoma. S’interpreten com enrotllaments variables al llarg de la cromatina. És a dir, hi ha zones dels cromosomes que es tenyiran (amb tinció uniforme) més o menys. Les formen que més colorant incorporen són els cromòmers.
Hi ha relació entre els cromòmers i les bandes.
4.4. REGIÓ ORGANTZADORA NUCLEOLAR Regió organitzadora nucleolar: Constricció secundària que presenten alguns cromosomes (a banda del centròmer, presenten regions més constretes):  Ocupa una posició sub-terminal al cromosoma (el segment distal es coneix amb el nom de satèl·lit: zones poc tenyides)  Organitzen, en el nucli interfàsic, el nuclèol.
 Les constriccions secundaries conten els gens que codifiquen RNA ribosòmic, és a dir, el responsable de la síntesi de ribosomes.
5. ARQUITECTURA NUCLEAR I TERRITORIS CROMOSÒMICS 5.1. ORGANITZACIÓ DELS CROMOSOMES EN ELS NUCLIS INTERFÀSICS Els cromosomes en els nuclis interfàsics no estan desorganitzat sinó que estan formants regions de territoris cromosòmics discrets. Aquesta organització s’aconsegueix mitjançant unions dels cromosomes (a través de telòmers, centròmers i segments de DNA altament repetitiu) i l’embolcall nuclear.
• Evidències indirectes: - Gran quantitat d’intercanvis entre cromosomes homòlegs en malalties acompanyades de trencaments cromosòmics.
- Alguns tipus d’intercanvis entre cromosomes no homòlegs s’observen amb més freqüència que d’altres. Ex: en humans la recombinació t(9;22) és la més freqüent  Cromosoma Philadelphia • Evidències directes: Estudis de localització cromosòmica mitjançant tècniques d’hibridació in situ fluorescent.
18 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo Embrions de Drosophila: es veu per hibridació que el cromosoma 2 sempre es troba unit al embolcall de cromosoma.
Cèl·lules d’arrel: si localitzes el centròmer i telòmer i s’hibriden, es pot veure que tots aquests estan dipositats en la mateix regió del nucli.
5.2. ORGANITZACIÓ DELS TERRITORIS EN EL NUCLI 1. Demostrar territorialitat La territorialitat és concreta i es va demostrar a partir de cèl·lules de pollastre, on el diferents macrocromosomes hibridats sobre nuclis interfàsic es va observar que seguien una disposició on clarament d’observen dominis amb un color concret que esta relacionat amb els diferents cromosomes.
En tots el casos es manté aquesta terrotorialitat.
2. Factors que determinen la territorialitat La organització dels territoris cromosòmics es dóna, per una banda, per la seva densitat gènica. El que són rics en gens (carrega superior) tenen tendència a col·locar-se dins del nucli.
Ex: cromosoma 19 és ric en gens, de manera que s’observa que en limfòcits el cromosoma 19 humà es situa al interior.
Un altre paràmetre que determina la posició es la morfologia del cromosoma. Normalment els grans es situen a la perifèria i els petits al centre. Aquesta disposició té més a veure amb forces físiques que biològiques.
Mantenint aquestes dues variables, el territoris cromosòmics varien en diferents tipus cel·lulars. Es a dir, ells es trobaran en el seu lloc d’afinitat, però poden esta rodejat per altres cromosomes.
19 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo 5.3. ORGANITZACIÓ INTERNA DELS TERRITORIS Localització cromosòmica en cèl·lules humanes: el cromosoma humà es distingeix en braç p i braç q. Aquestes mateixes formen s’observen en nuclis interfàsic, on es pot veure que els braços estan clarament separats en els seus territoris.
Si es pinta les parts terminals del braços de color verd i la resta del cromosoma de color vermell el que s’observa en nuclis interfàsics és un o dos territoris clarament diferenciats (un per cada cromosoma homòleg) i dins d’aquests territoris es veuen dos senyals clarament diferenciats de color verd.
 No només s’organitzen a nivell p/q, sinó que hi ha una distribució organitzada dins del diferents territoris.
Un altre experiment, es van diferenciar el X actius i inactius van veure que la disposició d’un gen transcripcionalment actiu es situa a la perifèria; i aquest mateix gen al X inactiu es situa al interior del territori. En un segona sèrie experimental es va veure la disposició de dos gens actius en els dos cromosomes es situen a la perifèria  La distribució dels dominis de cromatina en el territori depèn de la seva activat transcripcional. Els actiu es situen per tendència al exterior i els inactius al interior.
De manera que, resumint, hi ha una organització interna del territori, i s’ha vist que depèn de: - Activitat transcripcionals: les actives es posicionen a la perifèria.
- Temps de replicació: la fase S es asincrònica (no es dóna al mateix temps per tot el cromosoma), de manera que sembla que les regions de replicació primarenca o tardana presenta una distribució concreta en el territori.
- Contingut de GC: determina la posició de la regió en el territori. Generalment, un contingut elevat implica densitat gènica elevada i alta transcripcionalitat, es solen disposar a la perifèria.
El cromosomes ocupen territoris discrets en el nucli interfàsic. Però, tot un nucli es cromosoma? Evidentment, la funció cromosòmica depèn de la carrega enzimàtica per duu a terme les funcions específiques que es realitzen al nucli. Per tant, la presencia de territoris cromosòmics lliga amb el compartiment intercromosòmic (IC) – no només hi ha cromatina. Els territoris cromosòmics son porosos, de manera que permet l’entrada i sortida de fluids i molècules.
20 Grau de Genètica – Citogenètica T-3 Gloria Hidalgo Hi ha moltes dades que demostren que en nucli no hi ha només cromatina: es van agafar nuclis interfàsic i amb microscòpia confocal es va estudiar la distribució de la histona H2B (amb anticòs específic conjugat amb fluorocrom), amb la hipòtesi que tot el cromosoma quedaria tenyit. Es va veure que en els nuclis interfàsics, no tot el nucli presenta color verd, cosa que va demostrar que no tot el nucli esta format per cromosomes.
Amb tècniques d’immunoinflurescència es va detectar SC-35 (splicing), que es va marcar i va veure que es distribuïa per pràcticament tot el nucli, però en diferents regions. Posteriorment es van superposar les dues tècniques i es va aconseguir veure que les regions on no hi ha cromatina coincideix les regions on hi ha les regions d’splaicing.
De manera que en nucli interfàsic existeixen compartiment diferenciats que presenten tots el enzims necessaris per realitzar totes les funcions bàsiques del nucli (reparació, transcripció, traducció, splicing).
Cremer (2001) va proposar el model CT/IC que explica com es distribueixen els cromosomes en el nucli interfàsic i com son reconegut.
1. Els cromosomes ocupen territoris discrets.
2. Dins de cada territori hi ha una distribució concreta.
3. Les regions heterocromàtiques estan situades cap al interior del territori i les regions eucromatines (transcripcionalment actives) estan situades cap a la perifèria.
4. Les regions de replicació primerenca esta situades al interior i les tardanes a perifèria.
5. El territori es una estructura porosa, i el IC son factors de complexes multienzimàtics que estan el porus i determinen la seva funcionalitat.
És un model dinàmic que només es pot explicar si partir de la base de que el territoris tenen una capacitat de moviment.
Les cèl·lules tenen gens A i C distribuïts i inactivat en tres territoris diferents. Si es canvien les condicions del cultiu, s’activen els gens A i C i s’inactiva el gen B. Quan s’analitza, es pot veure que en el temps inicial els gens esta a dins del territori associat modifiquen la i posteriorment seva regió.
els gens Probablement coincideixen en una regió associada en transcripció.
El gen B es situa proper al l’embolcall nuclear associada amb inactivació.
21 ...