Tema 3 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura Citogenètica
Año del apunte 2014
Páginas 19
Fecha de subida 05/02/2015
Descargas 0

Vista previa del texto

TEMA 3. El cromosoma eucariòtic.
3.1. TIPUS DE CROMOSOMES Virus i Bacteris De normal solen tenir un sol cromosoma que és circular.
En el cas dels eucariotes organitzar tot el genoma en un cromosoma seria impossible à fragmenten el genoma en diferents unitats (els cromosomes).
Fongs i llevats En general presenten més d’un cromosoma. Són molècules grans que formen complexes amb proteïnes.
Eucariotes superiors Presenten més d’un cromosoma. Cada cromosoma està format per una molècula lineal de DNA fortament unit a histones. És una característica de tots els eucariotes superiors (hi ha excepcions, per exemple en els espermatozoides humans).
3.2. ESTRUCTURA QUÍMICA DEL CROMOSOMA EUCARIÒTIC Organització de la fibra de cromatina Cromatina: associació de DNA i proteïnes. És una estructura molt dinàmica i contínua, no estàtica.
El nucleosoma Es coneixen 5 histones (proteïnes bàsiques que presentes un alt % de Lisina i Argininaà càrrega neta +). Totes menys H1 són molt conservades en les espècies perquè s’organitzen formant un octàmer i al voltant s’hi enrotlla el DNA (generalment uns 147pb). Això junt és el que constitueix el nucleosoma.
Característiques de les histones que fan que s’organitzi així i s’associïn amb el DNA: Les histones presenten 2 dominis estructurals diferenciats: · · Domini de plegament (histone fold). Domini de les histones que els permet organitzarse per formar l’octàmer d’histones. Sempre es formen amb una seqüència determinada: 1r. Dímers H3-H4 2n. Dímers H2A-H2B 3r. Tetràmer H3-H4 (dues vegades) 4t. Octàmer Els aminoàcids d’aquest domini també són responsables de l’associació d’histones amb el DNA mitjançant (ponts d’hidrogen, interaccions hidrofòbiques i unions salines).
Cua Nterminal. Es projecten cap a l’exterior.
Verd= cua Nter Vermell=DNA que envolta l’estructura.
Groc=dominis de plegament diferents Estructura de la fibra de 10nm El nucleosoma no existeix al nucli.
La primera estructura que existeix és la de la fibra de 10 nm que està formada per nucleosomes connectats (des d’un telòmer fins a l’altre). El DNA entre nucleosomes s’anomena DNA espaiador i sol presentar uns 80pb. També es coneix com a collaret de perles.
Trobem una histona H1 a la base de la fibra de 10 nm. És una estructura molt conservada en les espècies i quan això es dóna vol dir que l’estructura té una funció vital. Les Hs nucleosomals són altament conservades per aquest motiu ja que regulen l’expressió dels gens a part de dur a terme la seva funció estructural.
Estr. De la fibra de 30 nm S’organitza en forma de Solenoide, com de molla.
Per la seva estructuració cal la participació de les histones H1 que fan unions proteïna-proteïna. A més, també hi participa, mitjançant diferents interaccions, la cua Nt de l’H4.
No només hi ha el model del solenoide.
En pollastre la fibra de 30 nm s’estructura seguint el model de ziga-zaga i també hi participen l’H1 i l’H4.
Fibra de 300 nm S’explica perquè s’ha observat experimentalment però es tracta d’una explicació especulativa (és teòric).
Si tractes un nucli interfàsic amb sulfat d’extrà i heparina (que eliminen les Hs) el que passa és que el DNA està com enganxat a una mena d’esquelet que es diu Scaffold o esquelet proteic (format per proteïnes no histones).
De l’scaffold el que se sap: · · · · Que existeix.
Com a mínim està constituït per dues proteïnes (topoisomerasa II i ScII) És una estructura dinàmica que pot presentar-se en diferents estructures segons : (....... i ......) DEMANAR! El DNA té petites seqüències de nts que s’uneixen específicament al scaffold (SAR/MAR) Amb això s’intenta explicar la fibra de 300 nm: Hi ha un esquelet proteic al que s’uneix la fibra de cromatina específicament per les regions SAR. Els bucles són el que genera l’estructura de 300 nm ja que es formen loops de cromatina sobre l’esquelet proteic.
à loops 30 nm // tota l’estructura de diàmetre= 300 nm El nucli interfàsic el podem trobar en (10, 30, 300 nm).
Dinàmica del cromosoma interfàsic: eucromatina i heterocromatina (relació entre compactació de la cromatina i l’expressió gènica).
· · Concepte Citològic Heterocromatina es tenyeix diferent que l’eucromatina. En nuclis interfàsics es tenyeixen intensament els centròmers i els corpuscles de Barr. En cromosomes mitòtics l’heterocromatina correspon a regions que es tenyeixen menys coincidint am les constriccions secundàries.
Concepte Funcional Eucromatina: cromatina transcripcionalment activa (fibra de 10 o 30 nm) Heterocromatina: transcripcionalment inactiva perquès es troba més condensada.
(<30 nm). Pot ser: § Constitutiva: sempre és transcripcionalment inactiva independentment de l’estat del cicle cel·lular. Ex: DNA altament repetitiu (centròmers i telòmers) § Facultativa: Pot trobar-se activa o inactiva transcripcionalment depenent de la situació. Ex: cromosoma X en femelles de mamífers.
Hi ha una transició constant entre les diferents condensacions de DNA à això explica l’expressió diferencial.
Aquesta equilibri (Eucrom Heterocrom) depèn de 2 mecanismes bàsicament: 1. Modificacions de l’extrem Nt de les Hs: modificacions covalents reversibles realitzades per enzims específics.
a. Acetilació de Lys i Arg (des/acetilases) b. Metilació de Lys i Arg o de citosines = modificacions del DNA (des/metilases).
c. Fosforilació de Ser (des/fosfatases) d. Ubiquitinització 2. Presència de variants d’Hs.
1. MODIFICACIONS DE L’EXTREM Nt DE LES Hs Les cues Nt de les Hs en els nucleosomes estan mirant cap a l’exterior (aà que estan exposats a la participació d’enzims que realitzen modificacions covalents reversibles).
Ex. H2A pot acetilar la seves en posició 5, 9,13 i 15 i Fosforilar la seva Ser K1.
NOTA: En cada H representada s’hi poden observar totes les modificacions que s’observen al esquema, però no alhora.
NOTA 2: Un aà metilat no pot estar acetilat al mateix temps.
La metilació del DNA sempre està associada a heterocromatinització, a diferència de les modificacions d’Hs que poden comportar hetero/eucromatinització. El mecanisme d’acció de les modificacions del DNA és no permetre l’unió de factors de transcripció i també actuar com a un senyal de reclutament de MBDs (proteïnes que s’uneixen específicament al DNA metilat) que recluten proteïnes addicionals com les modificadores d’Hs i altres proteïnes de remodelació de la cromatina. Genera dos efectes, un a gran escala i l’altre més concret.
Codi de les histones S’ha vist que, com el codi genètic, també hi ha un codi per les modificacions de les histones (molt conservades àF bàsica) que informa, segons al combinació de modificacions, a les cèl·lules de com i quan s’ha de fer accessible a la replicació el DNA (quan s’ha de donar la transició de la Eu a Heterocromatina i al contrari). Aquestes modificacions són reconegudes per proteïnes remodeladores del grau de condensació de la cromatina a les cèl·lules.
El codi és fàcil d’interpretar aïlladament però no se sap què passa quan una mateixa H té més d’una combinació. Encara hi ha molts interrogants tot i tenir el codi caracteritzat.
Exs que se sap que tenen una funció en la H3: Les modificacions de les cues Nt de les Hs tenen efecte directe sobre la conformació molecular de la cromatina.
o La presència del grup acetil (acetilació, Q= -) fa que s’amaguin càrregues positives de l’H. No es pot donar tantes unions estretes entre el DNA i la H i l’estructura queda menys condensada.
o Quan hi ha metilacions (Q= +) de retruc s’evita l’acetilació. Es mantenen les Q=+ de les histones (encara se n’hi afegeixen més) à es manté l’estat condensat entre DNA i H.
Ex. Metilació de les Citosines. Sempre es dóna al C5 de la Citosina i fa que la cromatina passi de Heterocromatina a Eucromatina. Com a donador s’utilitza o el metil de SAM, que s’obté gràcies al cicle de la Metionina. F: Un DNA amb Citosines metilades impedeix la unió de factors de transcripció però permet la unió de proteïnes MBD. Aquestes s’uneixen a cromatina metilada i serveixen de regions d’unió per a proteïnes modificadores d’Hs i altres proteïnes de remodelació de la cromatina (que heterocromatinitza: passa d’un estat eucromàtic a heterocromàtic, a no transcriure’s).
Quan es dóna una fosforilació (Q= - ) les càrregues dels P interaccionen amb les càrregues positives de les cues Nt de les Hs i això fa que el DNA interaccioni menys amb les H à que es doni una estructura més laxa (eucromatització).
Lectura dels codis de les Hs Ex: Participació de les proteïnes HP1: proteïna molt conservada en Eucariotes que actua heterocomatinitzant (tancant) diferents estructures cromosòmiques.
L’HP1 té dominis estructural i funcionalment diferents. Els dos més significatius són: o Un d’unió al DNA (a una seqüència determinada de nts)= Cromodomini. Reconeix específicament cues d’H3 quan estan trimetilades a la Lys en posició 9 (H3K9).
o Un domini oposat estructuralment =Cromoshadow. Té capacitat de formar oligòmers amb altres molècules d’HP1 mitjançant unions creuades (domini d’unió d’HP1s).
Això permet que la configuració de la cromatina es compacti (eucromatina à heterocromatina).
Ex. 2. Participació de les proteïnes Sir (silence information regulator): Família de proteïnes que reconeixen les cues desacetilades de les Hs. Algunes indueixen la desacetilació. Té la mateixa funció que HP1 però en llevats.
Heterocromatinització de telòmers de llevats. à Als extrems dels cromosomes hi ha seqüències repetitives en tàndem. Hi ha proteïnes que les reconeixen específicament.
Les proteïnes Sir, per fer la seva funció reconeixen regions dels telòmers, mitjançant els diferents dominis: o Regions d’unió específiques amb les proteïnes de reconeixement del telòmer (blau) o Domini amb capacitat de desacetilar per si trobem nucleosomes amb cues Nt acetilades (activitat desacetilasa).
o Domini amb capacitat de formar oligòmers d’Hs mitjançant unions creuades amb proteïnes Sir adjacents.
Això implica que els extrems dels cromosomes siguin heterocromàtics (condensats) i la senyal o codi que permet la unió de Sir és la desacetilació de les cues Nt dels nucleosomes.
Resum dels exemples de com actuen els factors remodeladors de la cromatina per passar d’eucromatina a heterocromatina.
En els 2 casos partim de trimetilació d’H3K9 (HP1) / Desacetilació de les cues Nt (Sir).
Qui realitza aquestes modificacions en cada cas són proteïnes reguladores dels gens.
Arriba una senyal a la cèl·lula que es transporta fins al nucli per regular la transcripció de gens.
Hi ha un enzim que el que fa és reconèixer la proteïna reguladora dels gens i modificar o marcar específicament la cura de l’H (o modificar les citosines). Llavors entren les proteïnes lectores del codi que tenen diverses funcions: -Estendre el canvi (Sir, per ex.) i formar més dímers perquè s’hi uneixin més proteïnes remodeladores à Amplificació.
-Capacitat d’oligomeritzar. Com a conseqüència s’obté una gran massa cromatínica que canvia de conformació. Hi ha senyals o seqüències concretes que aïllen regions eucromàtiques i heterocromàtiques à paren l’amplificació del canvi cromàtic actuant com de barrera.
Característiques que presenten la majoria de gens actius: o Cues Nt de les H acetilades.
o Citosines no metilades.
Característiques que presenten la majoria de gens inactius: o C5 de les citosines metilats o H desacetilades.
2. PRESÈNCIA DE VARIANTS D’Hs Cada H presenta variants, zones de la proteïna amb una seqüència diferent i que es creen un cop sintetitzades els Hs. (Ex: H3 és diferent d’H3.3 per les zones marcades més fosques).
El sentit que tenen és: o Funcions concretes associades a l’estat conformacional de la cromatina determinada (la majoria de vegades).
Ex: CENP-A es troba als nucleosomes centromèrics (enlloc d’H3) i allà faciliten l’estructuració del cinetocor.
Implica compactació de la cromatina.
Ex.2: H2AX està implicada en la reparació del DNA inicialment. Al llarg del genoma trobem zones amb H2AX que reconeixen errors i els reparen.
o Silenciament del cromosoma X (eucromatització) o ...
Amb això podem dir que parlem d’epigenètica: canvis en el DNA i les Hs que regulen l’activitat gènica segons la conformació de la cromatina. No sempre va regulat per la seqüència de nts, hi ha moltes malalties degudes a causes epigenètiques.
Estructures d’ordre superior Entrem al cromosoma metafàsic, ja estem al grau màxim de compactació del DNA.
Com es passa d’una estructura de fibra de 300nm a 1 cromàtide. Es creu que a partir del solenoide es van generant loops (fibres de 700 nm) i aquests es van enrotllant i compactant cada cop més fins a formar el cromosoma mitòtic. Aquest és un model.
Un altre model és el de mini-band. Aquest el que diu és que dins del cromosoma hi ha una matriu o esquelet proteic i que al voltant d’aquest s’hi situen, amb una forma com de margarita, loops de 30 nm i en total té un diàmetre de 840 nm. Però això són hipòtesis.
Aquest màxim grau de compactació permet (serveix): · · Per separar les dues molècules de DNA (cromàtides) de forma més ràpida i fàcil.
Per protegir la molècula de DNA de trencaments durant l’anafase (una estructura condensada és més difícil de que es trenqui).
Per assolir aquest alt grau de condensació cal una regulació i un ordre. Aquest alt grau de condensació s’aconsegueix: · · · Amb la modificació de les histones (extrem Nt), característiques de la cromatina.
Participació de condensines*: proteïnes que formen una xarxa que manté el DNA altament organitzat durant la fase M del cicle cel·lular.
Proteïnes no histones que formen l’scaffold proteic de naturalesa desconeguda.
o Hi participen dues proteïnes bàsicament: ScII (de la família proteica, SMC: proteïnes de manteniment del cromosoma) i la Topoisomerasa II (falta què fa!!) o L’esquelet pot ser rígid, discontinu o dispers o Les seqüències d’unió DNA-Scaffold = SAR (Scaffold Attachment Regions) *Les condensines són un complex proteic (oligòmers) format per dos proteïnes principalment: la Smc4 i Smc2, que faciliten la unió de molècules de DNA que provenen del mateix cromosoma i que estructuren el DNA. En meiosi les proteïnes que hi participen són unes altres (reben un altre nom). Són molècules força conservades. (Foto (B). Negre: condensines al MET) En mitosi aquestes proteïnes formen un dímer en forma d’anell i conformen a cada banda del anell dos dominis globulars. El superior és l’encarregat d’obrir i tancar l’anell i el domini globular inferior presenta activitat ATPasa (també s’anomena el cap). Aquí es on s’uneixen proteïnes accessòries que fan que l’anell s’obri o es tanqui en funció de si el DNA està condensat o no.
Funció de les condensines: · · · Tenen la capacitat d’unir molècules de DNA en presència d’ATP.
Estructuren molècules de DNA formant estructures compactes.
In vivo estructuren un eix longitudinal altament definit al llarg del cromosoma. (foto (A). Vermell: condensines ). Tenen un patró d’unió clar i ordenat.
3.3. ESTRUCTURA EXTERNA DEL CROMOSOMA EUCARIÒTIC Els cromosomes presenten diferents morfologies segons el moment del cicle cel·lular en el que els visualitzes.
Cromosoma metafàsic mitòtic · · · Cada cromosoma està format per dues cromàtides Cada cromàtide està formada per una molècula de DNA S’admet la constància en la morfologia, la mida i el nombre de cromosomes (no hi ha variacions en la mida i forma de cromosomes dins de les cèl·lules d’una mateixa espècie).
Morfologia Classificació morfològica segons la posició del centròmer que divideix el cromosoma en braç p i q.
p més petit que q p igual que q p molt petit (quasi inexistent) Sense braç p Mida No podem concretar una mida dels cromosomes perquè depèn de la fase del cicle cel·lular.
Número Les cèl·lules somàtiques de la majoria de les espècies es caracteritzen per la presència d’una parella de cada tipus de cromosomes. El número de cromosomes es representa per 2n i les cèl·lules com a diploides. El parell de cromosomes es coneixen amb el nom de cromosomes homòlegs. Tot i així hi ha moltes excepcions, ja ho veurem.
No hi ha correlació directa entre el nombre de cromosomes i el contingut del DNA. El nombre de cromosomes d’una espècie no dóna info del seu significat evolutiu.
La necessitat d’estructurar el genoma en cromosomes ve de que els genomes poden arribar a ser enormes. Però també han passat per forces d’evolució molt grans.
Definicions (VI tenir-les clares) Complement cromosòmic: conjunt de cromosomes d’una cèl·lula o organisme.
Cariotip: Estudi de les característiques morfològiques externes que es realitza ordenant els parells de cromosomes homòlegs en relació a la seva mida i forma.
Estudi extern (forma mida i numero).
Sempre s’ordenen els autosomes de gran a petit i llavors s’ordenen per grups.
Idiograma: la representació gràfica del cariotip, el patró de bandes representat gràficament.
En el ratolí, tots els cromosomes són acrocèntrics.
Cromosoma metafàsic mitòtic Fins ara del que hem parlat fa referència al cromosoma metafàsic mitòtic però també podem utilitzar els meiòtics.
Característiques dels cromosomes en metafase I i II: I: cromosomes es presenten en forma de bivalent amb el seu homòleg (segons el nombre i localització dels quiasmes els bivalents adopten diferents morfologies: cercles, creus, lineals...) II: cromosomes similars als mitòtics però presenten 2 cromàtides molt separades (cromosomes n i 2c).
3.4 ESTRUCTURA INTERNA DEL CROMOSOMA EUCARIÒTIC Un cromosoma es una molècula linear que conté orígens de replicació un centròmer i 2 telòmers (punt de vista funcional).
Experiment Els experimentadors contaven amb un model de cèl·lules de llevat que mitjançant manipulació no podien sintetitzar leucina (un aà essencial).
El que també sintetitzaven eren plasmidis (vectors) per introduir altres gens a una cèl·lula.
Mitjançant un plasmidi amb el gen per sintetitzar leucina volien mirar (dues coses: si els plasmidis s’heretaven i si les cèl·lules creixerien en un medi Leu-) 1ª fase. Conclusió: no només necessites que el plasmidi tingui el gen per sintetitzar leucina, cal alguna cosa més perquè sigui funcional.
2ª fase. Incorporen seqüències que actuen com a origen de replicació. Les cèl·lules llavors tenen capacitat de creixement (poden viure en medi Leu -) però les cèl·lules no tenen la capacitat d’heretar els plasmidis, no es divideixen mitòticament.
3ª fase. Posen seqüències de nts que possibiliten la diferenciació d’un centròmer (que el plasmidi segregui i així ja es podien segregar i heretar: el plasmidi no només es replica sinó que es pot heretar). Hi ha seqüències que possibiliten la reestructuració d’un centròmer- Però en eucariotes els cromosomes són lineals. Què passa si convertim la molècula circular en una de lineal? Veuen que es torna al principi. Es veu que un plasmidi lineal és inestable, alguna cosa falta als extrems perquè sigui estable.
Afegeixen seqüències telomèriques i en presència d’aquestes i seqüències cetromèriques veuen que hi ha creixement i es poden segregar i heretar. Ells no coneixien els telòmers, centròmers, seqüències d’origen de replicació...
Aquest experiment va ser el punt de partida de vies de recerca que volen caracteritzar les seqüències centromèriques, telomèriques... Volen observar perquè hi ha seqüències que es comporten com a telòmers o centròmers per exemple.
Centròmer Regió del cromosoma que s’associa amb les fibres del fus durant la divisió cel·lular facilitant la migració de les cromàtides germanes o els cromosomes homòlegs cap als pols cel·lulars durant l’anafase. Inclou el cinetocor, una regió proteica específica del centròmer que s’associa amb els microtúbuls del fus.
El fet de que observem una constricció al “centre” entre les dos molècules no vol dir que siguin una sola molècula, en són dues de contínues unides per diferents proteïnes.
Organització molecular del centròmer S. cerevisiae Es va identificar seqüències de DNA centromèriques en S. cerevisiae que no eren massa diferents en els diferents cromosomes d’aquesta espècie. Eren molt petites amb 3 dominis funcionals. Cada un té una funció diferent i una seqüència de nucleòtids específica que permet diferenciar o estructurar un nucleosoma, actuar com a llocs d’unió i, en última instància, estructurar un cinetocor: · · CDEI i CDEIII: unió a proteïnes implicades en l’estructuració del cinetocor a través de la presència de variants de nucleòtids (manté relació amb el tipus de centròmer que s’obtindrà) CDEII: Actua de regió d’unió amb un nucleosoma que presenta una variant de la histona H3. En última instància permet que s’estructuri el cinetocor.
Això és a posteriori del descobriment dels telòmers (seqüències repetitives). Un cop descrits els centròmers de Saccaromices es va anar a caracteritzar els de la resta. Es pensava que serien seqüències conservades entre espècies diferentsi s’observa que en el segon organisme (S.
pombe) en el que els van estudiar les seqüències centromèriques, el centròmer era més gran (presentava algunes diferències). Arriben a la conclusió que poden contenir zones força variables.
S. pombe La seqüència que fa diferent els centromers entre aquestes dues espècies és de 65kb, no de 125pb com passa en S. cerevisiae. Els tres cromosomes de S. pombe presenten: · · Un domini central (CC): flanquejat per cada banda per uns dominis B (amb unes característiques determinades). CC és una regió central i no conservada en els tres cromosomes de l’individu.
Els dominis B,L i K estan formats per seqüències de DNA repetitives.
Aquests dues modificacions determinen la funció centromèrica per dos motius: · · Els CC no presenten la histona H3 sinó la variant CENP-A i els dominis flanquejants presenten una variant de la histona H3 metilada a la Lys en posició 9. La presència d’aquestes variants és essencial perquè es pugui formar el cinetocor.
La proteïna d’heterocromatinització. És el que explica que el cinetocor tingui una estructura molt compactada. Aquesta proteïna està present en les regions flanquejants que estaran compactades.
Drosophila melanogaster La següent seqüència centromèrica que es va analitzar va ser la de D. melanogaster però es complica més perquè les regions centromèriques “diferencials” encara són més grans (420kb) i es caracteritzen per la presència de DNA alfa-satèl·lit de 5 bases. Aquestes no es conserven en els 4 cromosomes de Drosophila. Hi ha transposons i seqüències de DNA no repetitiu.
La cromatina centromèrica presenta un empaquetament especial dels nucleosomes. S’han pogut identificar dues regions: · · Central. Caracteritzada per ser molt heterocromatinitzada i presenta una variant de la H H3 específica (CENP-A). (verd a l’esquema) Extrems. Cromatina que conté l’H H3 normal dimetilada a la Lys 4. S’utilitza un anticòs que reconeix la Lys dimetilada en K4 (es marca de vermell).
Com lliguem la presència de DNA α-satèl·lit amb la funció centromèrica?El DNA α-satèl·lit determina la formació de dos segments que són absolutament diferents pel que fa a la heterocromatina centromèrica estructurada en loops de forma determinada.
L’heterocromatina a la foto es troba estirada però normalment s’organitza en loops. Les seqüències cèntriques (verd) i pericèntriques (vermell) se situen a dues parts diferents.
La part superior, on se situen les seqüències cèntriques (CENP-A), té la funció essencial de diferenciar el cinetocor o possibilitar-ho. La part inferior, on se situen les seqüències pericèntriques (metilació H3), és la que té la funció de maximitzar la cohesió entre cromàtides germanes que és responsabilitat de les cohesines. Ho aconsegueix possibilitant la unió d’una gran quantitat de cohesines que faciliten la cohesió entre cromàtides germanes.
En eucariotes superiors les proteïnes d’associació estructuren el cinetocor: complex multiproteic que s’uneix a les fibres del fus, format per proteïnes homòlogues en la seva funció a les que actuen a S.cerevisiae. Als cinetocors hi ha heterocromatina. Se sap que la part interna (groc) del cinetocor participa en la replicació del centròmer i és la que dirigeix la diferenciació de les capes superiors. La capa externa (lila) és molt funcional: està implicada en la unió dels microtúbuls en el cinetocor, s’hi uneixen proteïnes motores (kinesines) i també s’uneixen, específicament, proteïnes que participen als punts de control de la mitosi.
Els centròmers són variables en quan a pb i seqüències de nts entre espècies però la funció i els mecanismes de formació són força similars.
Conceptes Centròmer localitzat: Inserció dels microtúbuls restringida a un segment del cromosoma (el que sol passar en la majoria de cromosomes).
Centròmer difús: inserció de les fibres del fus sobre tota l’extensió cromosòmica. No són anomalies, sinó excepcions d’espècies molt concretes.
· · Cromosomes holocèntrics: característics d’algunes espècies vegetals o d’insectes en els que els microtúbuls es poden unir al llarg de tot el cromosoma i no només en un punt determinat.
Cromosomes policèntrics: fibres del fus s’uneixen a diferents centres d’unió al llarg de tot el cromosoma.
Anomalies. Les dues més importants en les que estan implicats els centròmers són: · · Cromosomes dicèntrics: Observes dues constriccions primàries i no una à dos centròmers (cercle).
Misdivisió: Durant la meiosi II es segreguen cromàtides germanes. A vegades es pot produir una fragmentació transversal dels centròmers i això forma 2 cromosomes telocèntrics.
Telòmer Seqüències localitzades als extrems dels cromosomes d’eucariotes en la replicació i en el manteniment dels cromosomes. Repeticions en tàndem d’una seqüència simple de DNA.
Perquè un cromosoma d’eucariota sigui funcional cal que els extrems no estiguin oberts (Tret distintiu: replicació en tàndem d’una seqüència consens als extrems dels cromosomes).
Relació seqüència – funció: Els telòmers es caracteritzen per una estructura que s’anomena loop-t que es forma al extrem del cromosoma que és, en última instància, la que determina les seves dues funcions principals.
Estructuració del t-loop El t-loop és una regió telomèrica rica en G en la majoria d’espècies. Una de les característiques dels extrems dels cromosomes lineals és que obligatòriament (per com s’estructura i com funciona la forquilla de replicació) fa que un tros de la cadena sintetitzada discontínuament no es pugui acabar de sintetitzar (queda un fragment com a monocadena). Aquesta cal amagar-la i cal que s’estructuri el loop-t mitjançant TRF I i II.
L’objectiu de la formació del loop t és evitar que quedin extrems oberts i es reconeguin com a extrems trencats. Com que son extrems cohesius la cèl·lula creu que és un trencament i tendirà a fusionar aquest cromosoma lineal amb una altra seqüència. Hi ha unes proteÏnes que reconeixen els extrems telomèrics per les seqüencies repetitives en tàndem i s’hi uneixen perquè no quedin aquests extrems lliures.
L’estructura tancada i el llaç s’aconsegueixen gràcies a aquestes dos metodologies i gràcies a moltes proteïnes que es podrien classificar en diferents (4) grups principals: · · · TRFs.
Aquestes proteïnes reconeixen específicament les seqüències consens repetides dels extrems, s’hi uneixen i formen una estructura tancada en forma de loop (llaç). La seva funció principal és la de protegir els extrems de la degradació per nucleases.
· DNA repair proteins.
Càrrega enzimàtica necessària per tancar el cromosoma formant un heterodúplex. Aquests enzims són els reparadors del dany al DNA (proteïnes que reparen el trencament). En els telòmer hi ha tota la maquinaria necessària per processar aquests extrems oberts. Ho fa tancant el bucle i amagant els extrems perquè no quedin a la vista.
DNA processing enzyms. Una sèrie de proteïnes que juguen amb la flexibilitat del DNA.
Aquesta estructura tancada durant la fase S s’ha d’obrir per poder replicar i quan s’acabi s’ha de tornar a plegar, és una estructura dinàmica. Als telòmers hi ha una sèrie d’enzims que processen (modifiquen l’estructura) del DNA.
Single-strand DNA binding proteins. Sempre hi ha als extrems una part del DNA que és monocatenària que moltes vegades s’estabilitza mitjançant proteïnes que s’hi uneixen.
El que tot això possibilita són les tres funcions bàsiques dels telòmers: · · · Amagar els extrems oberts dels cromosomes davant les exonucleases.
Evitar la fusió de cromosomes (si quedessin oberts els cromosomes es veuria com un trencament i s’intentaria arreglar unint-ne dos).
Ancorar els dominis específics dins del nucli.
A més, aquesta estructura de llaç-t, conté la telomerasa que possibilita la replicació complerta els extrems dels cromosomes.
En la replicació, en el cas de la cadena discontínua sempre queda un extrem que no es replica perquè és més lenta la replicació. Això es produeix en cada divisió cel·lular (i passa als dos extrems del cromosoma en la cadena retrassada perquè les DNApol no poden copiar els extrems 5’ dels cromosomes lineals), per tant, s’aniria escurçant el cromosoma.
La telomerasa té un primer amb una seqüència complementària del final del telòmer i serveix com a motlle per crear el tros de cadena que havia quedat sense replicar-se (forma part del complex de replicació). Al final del procés tindràs una monocadena en el DNA (això és inevitable) però no es produirà una pèrdua de longitud del cromosoma. La telomerasa actua com a transcriptasa inversa.
http://www.youtube.com/watch?v=AJNoTmWsE0s Telomerasa no es troba a totes les cèl·lules, només en les germinals primordials, algunes canceroses i en les cèl·lules mare adultes. Tret d’aquets casos la resta de cèl·lules somàtiques són telomerasa -. Aquest procés fa que es vagin escurçant els telòmers de les cèl·lules (és com un rellotge biològic. A més escurçament dels telòmers, menys probabilitats hi ha d’estructurar un loop t) Altres estructures que trobem: Cromòmers: si agafes un cromosoma a qualsevol fase del cicle cel·lular sempre s’observen regions que es tenyeixen més o menys. Aquest patró de tinció es regeixen per regions més condensades de cromatina (més tenyides). Aquestes regions són els cromòmers: partícules discretes de cromatina de mida i forma variable ordenades linealment sobre la longitud del cromosoma. S’interprenten com enrotllaments de la cromatina.
Regió organitzadora nucleolar: Els cromosomes que codifiquen per el gens que contenen l’rRNA s’anomenen nucleolars i aquets tenen unes constriccions secundàries que es troben en una posició subterminal del cromosoma (aquesta estructura). Són zones que queden poc tenyides en el cromosoma metafàsic. De normal a l’altra banda de la constricció hi ha una estructura de DNA altament repetitiu: els satèl·lits.
3.5 ARQUITECTURA NUCLEAR I TERRITORIS CROMOSÒMICS Com s’organitzen els cromosomes en el nucli interfàsic.
Els cromosomes interfàsics ocupen territoris discrets en el nucli interfàsic (estan dispersos) i això s’aconsegueix gràcies a unions dels cromosomes(telòmers, centròmers, segments de DNA altament repetitiu) i l’embolcall nuclear.
Ja fa uns anys que es comença a veure que hi ha una certa territorialitat en el nucli interfàsic i es pot demostrar fàcilment a partir de que apareixen les tècniques de FISH.
El que s’ha fet és marcar cada macrocromosoma mitjançant tècniques in situ fluorescents obtenint cada parell de cromosomes homòlegs amb un color diferent. En un nucli interfàsic s’observa llavors que hi ha dos dominis de cada color clarament distribuïts. Això es una prova de que els cromosomes estan ordenats d’una manera concreta en el nucli interfàsic.
Altres evidències més indirectes que els portaven a pensar que hi podria haver aquesta territorialitat va ser el fet de que es donava una gran quantitat d’intercanvis entre cromosomes homòlegs en malalties acompanyades de trencaments cromosòmics i que algun tipus d’intercanvis no homòlegs s’observaven alguns amb més freqüència que d’altres.
Un cop això es demostra, el següent pas és veure quines són les variables que determinen aquesta territorialitat i veure si aquesta és específica o aleatòria. S’ha vist que és específica i depèn d’algunes característiques dels cromosomes: · · · Densitat gènica. Com més elevada, els cromosomes estan més cap a l’interior del nucli i els que tenen menys gens es situen més cap a la perifèria.
Morfologia. Els cromosomes més grans es situen a la perifèria i els més petits al centre dels nuclis.
Activitat de transcripció. És variable segons les cèl·lules i varia la territorialitat dels cromosomes en els diferents tipus cel·lulars.
Està clar que aquests factors estan interrelacionats i condicionen però llavors també hi ha les forces que determinen la posició dels cromosomes.
Fins on arriba la territorialitat de cada cromosoma? Es fa un experiment i es veu que el braç p i q de cada cromosoma tenen un patró d’organització que es manté quan el cromosoma es descondensa en interfase.
(1ª foto). També marquen les zones dels extrems (regions repetitives telomèriques) dels cromosomes amb un fluorocrom i la resta amb un altre color i aquestes regions d’un mateix cromosoma també demostren tenir una territorialitat. El nivell d’organització del territori arriba fins al gen, si el gen està actiu es troba a l’exterior i si està inactiu a l’interior.
è El cromosoma és una estructura altament organitzada.
Els territoris cromosòmics tenen un volum i una superfície determinada però són porosos (compartiments cromosòmics), permeten el moviment de les molècules. Això es demostra: S’identifica la histona H2B (que forma part del nucleosoma, conjugant-la, amb un anticòs unit a fluorocrom de color verd). Hi ha dos forats el nucli en el que no s’identifica H2B que són els nucleoides. La resta del nucli no és verd, hi ha regions on clarament no hi ha H2B, són negres. Per tant arriben a la conclusió de que hi ha regions al nucli on no hi ha cromatina, sinó altres elements com els nuclèols entre d’altres.
Llavors el que fan és anar a identificar un factor d’splicing que son factors que participen en la maduració de l’mRNA, un tipus de molècula molt diferent a l’anterior. Es conjuga amb un anticòs. Seguidament superposen les imatges i es veu que on no hi ha cromatina és justament on s’identifica el factor d’splicing. Hagués passat quelcom similar si això s’hagués fet amb proteïnes relacionades amb la replicació, transcripció, reparació i splicing (és a dir, relacionades amb la producció dels àcids nucleics) perquè són els elements que es troben a les zones del nucli on no hi ha cromatina.
Model CT/IC · · CT: Chromosome territories IT: Interchromatin compartment. Complexes multienzimàtics implicats en la replicació, transcripció, reparació i splicing.
Aquest model es basa en els preceptes que tenim llistats a la diapositiva 51: - - Els cromosomes ocupen un territori discret.
La superfície presenta plegaments (anades i tornades de la cromatina que estan relacionats amb diferents nivells d’organització de la cromatina) El cromosoma presenta un elevat grau d’organització.
Dins del territori cromosòmic hi ha regions amb graus diferents de compactació (relacionat amb la transcripció).
El territori cromosòmic es una estructura oberta, plena de canals... Els espais es troben ocupats per tota la maquinaria enzimàtica que permet el processament del DNA.
Hi ha forces dades que recolzen el model: · · En els diferents territoris podem trobar diferents gens situats en llocs concrets.
Les cèl·lules i el seu comportament es modifiquen mitjançant senyals à canvis en l’expressió gènica.
Apunts IRATI.
- La superficie presenta plegamiento, la cromatina presenta elongaciones que entran y salen del dominio.
Los cromosomas presentan una elevada organización.
Dentro del terreno cromosómico hay regiones más condensadas y otras menos.
El territorio cromosómico es una estructura porosa, lleva de canales, túbulos, donde no hay cromatina y están ocupados por toda la maquina encimática para el procesamiento del DNA.
Com es lliga aquest canvi d’expressió amb la territorialitat cromosòmica? Si el gen B s’ha d’expressar menys es desplaça a una regió del compartiment intercromosòmic que implica silenciament. Si A i C s’han d’expressar més es desplacen, mitjançant prolongacions, cap al territori que toca, a un territori intercromosòmic que activi l’expressió d’aquests gens. És un procés dinàmic dins del nucli interfàsic.
...