Tema 4 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura citogenetica
Año del apunte 2014
Páginas 9
Fecha de subida 05/02/2015
Descargas 0

Vista previa del texto

TEMA 4. Divisió cel·lular mitòtica.
NOTA: Saber i repassar de BIOCEL CICLE CEL·LULAR à 4 fases (profase, metafase, anafase i telofase) Està regulat per ciclines Com es replica el DNA Com es divideix el nucli (cariocinesi) i el citoplasma (citocinesi) 4.1. EL CICLE CEL·LULAR A la majoria de cèl·lules eucariotes es divideix en les fases: G1, S, G2 i M.
En G1 els cromosomes estan formats per una cromàtide i en G2 per dues.
El procés inclou una replicació del DNA i les Hs (fase S), una divisió del nucli (cariocinesi) seguida d’una divisió citoplasmàtica (citocinesi).
4.2. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS DE LA FASE S Explicarem els esdeveniments cromosòmics que es donen en la fase S i com es divideixen els cromosomes en el procés mitòtic.
NOTES: · · En el cicle cromosòmic mai existeix una unitat citogenètica funcional format per una única molècula monocatenaria de DNA.
No hi ha cap unitat funcional més petita, des del punt de vista citogenètic, que una cromàtida.
Intercanvi de cromàtides germanes (SCE) Durant la replicació del DNA les cromàtides germanes intercanvien material genètic. Això es produeix perquè durant la replicació del DNA es donen trencaments de la doble cadena per l’acció de topoisomerases i helicases.
Hi ha dos monocadenes (fletxa amunt i avall) en una cromàtide. Les dos monocadenes es sintetitzen de forma semiconservativa (una de forma contínua i la altra no). A mesura que avança la forquilla de replicació cal que, per relaxar el DNA i que no s’entortolligui, aquest es trenqui (topoisomerases i helicases tallen el DNA i li treuen torsió. Estan regulats). Quan es produeix un trencament, actua la maquinaria de reparació del DNA. Aquest procés es pot donar de forma normal (es restitueix la molècula original 3r dibuix) però també pot passar que s’intercanviïn les molècules (no hi ha conseqüència per les cèl·lules, no hi ha canvi de seqüències ni de polaritat ni afecta a la viabilitat cel·lular. 4t i 5è dibuix). Aquesta situació és inherent a la replicació del DNA, sempre passa.
Com s’ha descobert? Hi ha una tècnica anomenada intercanvi de cromàtides germanes.
Ex. Fem una replicació del DNA amb un medi de cultiu anomenat 5-bromodesoxiuridina que enlloc de timina conté un anàleg d’aquesta i cada vegada que es sintetitza DNA s’incorpora l’anàleg, no la T.
En la primera replicació hi ha un intercanvi de cromàtides germanes i s’obtenen dues molècules finals que tenen una part amb T i l’altre amb l’anàleg.
Si agafes aquestes cèl·lules i les tornes a cultivar, es torna a replicar el DNA amb l’anàleg. S’obtenen cromàtides amb parts on les dos monocadenes presenten l’anàleg, però hi ha altres parts de les cromàtides que contenen T i l’anàleg. Després d’una segona ronda de replicació hi ha parts que només tenen l’anàleg (cromàtides bisubstituides) i altres que tenen una part de cada, que s’anomenen cromàtides monosubstituides. Amb una tinció específica, al microscopi veus cromosomes amb una cromàtide blanca i una negra (la tècnica dels cromosomes arlequinats).
Hi ha un seguit de síndromes en els que el nombre de SCE es dispara. Ex: síndrome del Bloom (presenta una mutació en la helicasa que fa que es doni una alta inestabilitat cromosòmica. Les helicases també participen en el processament de molècules que s’han de reparar, per tant, aquestes també es veuran afectades en aquesta situació.). Per detectar-ho i com a eina de diagnosi pots utilitzar aquesta tècnica.
Dins de al fase S es produeix, a més de la replicació, aquest procés de SCE i hi ha tècniques que es basen en aquest procés per detectar alteracions.
MIRAR DELS APUNTS DE BIOCEL (1r CURS, 1r SEM) Explicarem la mitosi des del punt de vista cromosòmic (és un procés de des/condensació del DNA) Canvis en la morfologia i estructura dels cromosomes Els cromosomes es van condensant i fent petits, es van col·locant al centre (pla metafàsic), es segreguen i es desconsensen reestructurant un nucli interfàsic.
Primer hi ha una condensació del material genètic gràcies a la participació de les condensines (oligòmers que formen una xarxa que manté el DNA altament organitzat durant la fase M del cicle cel·lular), també participen les proteïnes no histones que formen part de l’scaffold (Topoisomerasa II i ScII). Hi ha una certa variabilitat de l’estructura de l’esquelet i hi ha unes zones específiques d’unió al DNA (regions SAR).
Aquests elements fan que els cromosomes es condensin en la fase M fins a arribar al seu grau màxim.
Una altra característica és que els cromosomes presenten, en aquesta fase, dues cromàtides germanes que estan cohesionades al llarg de tot l’eix longitudinal del cromosoma.
Parlem de dos factors que intervenen en la cohesió entre cromàtides germanes: · · Entortolligament de les cromàtides germanes amb una intensitat variable. Això causa que les molècules no es puguin separar fàcilment. L’entortolligament de quan dues forquilles de replicació es troben en un mateix extrem també afavoreix la unió de cromàtides germanes (tot i que s’acaba superant per la acció de topoisomerases).
Cohensines (determinen la unió forta entre cromàtides germanes fins a l’anafase). Són molècules molt similars a les condensines (formades per dos molècules de Smc3, dues Smc1 i un domini globular a cada banda dels extrems: un que té la capacitat d’obrir i tancar el complex i un domini en el que s’hi poden unir diferents proteïnes. Aquestes molècules pertanyen al grup anomenat anell de cohesines). La diferència entre cohesines i condensines, és que les primeres uneixen específicament segments de DNA de dues molècules germanes diferents i que les condensines (constituïdes per Smc4 i Smc2) formen una xarxa que manté el DNA condensat en cromosomes durant tota la mitosi.
Les cohesines, per realitzar la seva funció correctament, han d’estar presents pràcticament durant tot el cicle cel·lular.
S’encarreguen (de forma regulada mitjançant un mecanisme enzimàtic) de generar els cromosomes al final de G1 (quan cada cromosoma està format per una cromàtide). No ho fan de forma regular, segons les característiques epigenètiques de la cromatina hi ha més [] de cohesines en una regió o menys.
A mida que es va replicant la cromàtide germana, les dues queden tancades dins de l’anell de cohesines i en G2 queden les dos cromàtides germanes tancades al anell.
En moltes espècies les cromàtides germanes només queden unides per el centròmer a la metafase perquè es perden les cohesines dels braços (però això és variable).
Al final de G1 es dóna la unió de les cohesines a les molècules de DNA (es mantenen les cromàtides germanes unides a S i G2 gràcies a l’acció de les cohesines).
Quan es condensa el DNA en forma de cromosomes la MPF (una kinasa regulada per ciclina) fosforila les subunitats proteiques de les condensines i això genera: · · · Canvis en la dinàmica dels microtúbuls Fa desaparèixer l’embolcall nuclear En els cromosomes fosforila subunitats proteiques de subunitats de les condesinesà comencen a condensar el material i arriba al estat màxim de condensació en l’anafase.
En anafase es dóna una separació de cromàtides germanes. Perquè això passi cal que s’activi APC depenent de ciclina que activa la separasa que actua sobre els complexes de cohesines fent que les cromàtides germanes quedin lliures una de l’altra.
Aquests processos s’han de donar de forma regulada (la dotació de les cèl·lules filles ha de ser la mateixa) Unió dels microtúbuls als cinetocors No hi ha embolcall nuclear, s’ha estructurat el cinetocor, s’han estructurat els microtúbuls com a fus mitòtic...
La unió del microtúbul al cinetocor és una unió no regulada. Els mtúbuls van polimeritzan (van creixen cap a la placa equatorial i sinó interaccionen amb cap cinetocor despolimeritzen).
Quan un contacta amb un cinetocor la unió s’estabilitza gràcies a una sèrie de proteïnes que estabilitzen la unió.
Tipus d’orientacions Els mtúbuls es poden unir al cinetocors de quatre formes (tenint en compte que es una unió no regulada): A) Sintèlica: tots els mtúbuls provenen del mateix pol cel·lular. La que es dona en metafase I per la separació de cromosomes homòlegs.
B) Merotelica: a un cinetocor s’hi uneixen mtúbuls d’un pol cel·lular i uns quants de l’altre (però molts menys).
C) Monotèlica: un dels 2 cinetocors no uneix mtúbuls, només un cinetocor n’uneix.
D) Amfitèlica: El cinetocor de l’esquerra uneix els mtúbuls de l’esquerra i el de la dreta uneix els de l’esquerra. La única compatible amb una divisió cel·lular (metafase II) per la segregació de cromàtides germanes cap als dos pols.
Sempre que hi ha un contacte entre mtúbul i cinetocor hi ha una unió(estructuració) però si no hi ha un equilibri de forces entre aquests dos elements no es pot donar l’estabilització d’aquests.
Proteïna Aurora quinasa. Detecta la presència de l’equilibri de forces de la regió centromèrica (i llavors s’inactiva). Si no hi ha equilibri s’activa i desfà unions entre cinetocor i microtúbul.
Arriba un punt en què s’acaba produint l’equilibri per atzar i llavors la proteïna deixa d’actuar i s’estabilitzen els cinetocors amb els mtúbuls. Però la unió ha de ser bipolar (cada cinetocor ha destar unit a un pol del fus) Els cromosomes arriben a metafase en forma de dos cromosomes cohesionats i condensats i amb una unió amfitèlica i bipolar de mtúbuls amb el cinetocor.
Llavors s’inicia la transició metafase anafase i la segregació de cromàtides germanes.
Hi ha d’haver alguna cosa que faci que no entrin en aquesta fase cromosomes que no tinguin aquestes característiques (punt de control que verifica la orientació amfitèlica= Mad2). El factor central d’aquest procés és APC (una fosfatasa que actua com a factor promotor de l’anafase). És una molècula que sinó hi ha un equilibri de forces i la unió bipolar entre els cinetocors de tots els cromosomes amb el fus no deixa passar a l’anafase. Quan les unions són correctes i els cromosomes estan alineats, una xaperona (la securina), que de normal segresta una proteasa (la separasa), l’allibera i aquesta s’activa per APC i fa proteòlisi sobre Scc1 que obre els anells de cohesines. Per aquest motiu es dóna la segregació de forma sobtada i sincrònica a tots els cromosomes perquè l’activació d’APC ha estat sincrònica.
Com s’activa APC? Quan els cromosomes no presenten unions amfitèliques bipolars alliberen un conjunt de proteïnes (com Mad2 i altres proteïnes citosòliques) que inhibeixen a APC constantment. Mad2 té una vida mitja molt curta, quan l’últim cromosoma està ben unit aquesta ja no s’allibera més i ja no és capaç d’inhibir APC.
Una altra diana de APC són les condensines (les desfosforila) en la transició de Anafase a G1 (passen a estar un altre cop en conformació interfàsica, descondensació, es genera de nou l’embolcall nuclear...) 4.4. Durada de la mitosi Les diferents fases no tenen la mateixa durada perquè s’han de donar diferents fenòmens i processos més i menys complicats. Com més llarga és una fase més estarà representada en una imatge presa amb microscopi d’un moment determinat, com a la foto per exemple, del teixit meristemàtic de ceba.
Conceptes importants Índex mitòtic: nombre de cèl·lules en qualsevol fase mitòtica respecte la població total analitzada (%).
Índex de fase: nombre de cèl·lules en una determinada fase mitòtica respecte la població total de cèl·lules mitòtiques (%).
Si s’apliquen aquests índexs a diferents espècies, de les quatre fases que hi ha, la més llarga i significativa és la profase mentre que metafase és molt curta i anafase i telofase són d’una durada similar.
Sobretot en el món vegetal hi ha relacions molt notables entre condicions ambientals (com quantitat d’aigua i temperatura) en relació amb la mitosi. Això es fa menys evident en animals.
4.5. Divisions mitòtiques no convencionals Hem parlat d’una mitosi dins d’un cicle cel·lular convencional en el que al final de la telofase es produeix la cario i després citocinesi. Però hi ha variacions que afecten la replicació i el repartiment dels cromosomes, altres que afecten les fases mitòtiques... que s’escapen del model general que sempre s’explica. Trobem diverses variacions.
Variacions que afecten a la replicació i al repartiment del material hereditari: · Endorreduplicació. Es generen cromosomes que tenen més cromàtides alineades una al costat de l’altra de les que hi ha d’haver. Es dóna en cromosomes metafàsics i es veu a partir del microscopi ja que els cromosomes són molt més grans en metafase perquè es dóna un seguit d’endorreduplicacions successives (rondes de replicació cromosòmica sense passar per cap període mitòtic entremig).
· Haplocromosomes. Es donen dues fases M seguides sense que i hagi replicació. La segona fase M es produeix sobre cromosomes amb una sola cromàtideà relacionat amb el trencament transversal de cromosomes. Poc comú i poc conegut en quan a finalitat.
Variacions que afecten als estadis mitòtics (sobretot en anafase). Totes són situacions provocades al laboratori: · C-mitosi. S’aconsegueix quan s’utilitzen drogues (Ex. Colchicina) que afecten a la des/polimerització dels microtúbuls i bloquegen les cèl·lules o cromosomes a anafase.
Aquesta situació es caracteritza perquè ......
· Fus multipolar. Inducció del desenvolupament d’un fus mitòtic bipolar que porta a un repartiment anormal dels cromosomes.
· A-mitosi. Es dóna quan en condicions experimentals s’evita la presencia d’O2 i això produeix errors de segregació perquè el fus (des/polimerització dels microtúbuls) per formar-se necessita que hi hagi ATP, per tant, condicions aeròbiques.
Variacions en la citocinesi.
· Cariocinesi sense citocinesi. Hi ha cèl·lules que ho fan i va íntimament lligat al desenvolupament de cèl·lules polinucleades (Ex. Cèl·lules del múscul) de forma natural tot i que es pot induir al laboratori.
· Citocinesi sense cariocinesi. També es pot donar el cas contrari. Condueix a anomalies.
Variacions més dràstiques i que afecten a tot el procediment.
Ex: protozous, dinoflagel·lats i llevats.
Llevats: La segregació dels cromosomes es dóna dins del embolcall nuclear ja que aquest no es desintegra com en el model eucariota convencional.
...