Cinetocoro
Complejo proteico que permite que los microtúbulos se adhieran a los cromosomas durante la división celular.
Imagen de cinetocoros en color rosa

Un cinetocoro ( / k ɪ ˈ n ɛ t ə k ɔːr / , /- ˈ n iː t ə k ɔːr / ) es una estructura proteica en forma de disco asociada con cromátidas duplicadas en células eucariotas donde las fibras del huso se unen durante la división celular para separar las cromátidas hermanas . [1] El cinetocoro se ensambla en el centrómero y une el cromosoma a los polímeros de microtúbulos del huso mitótico durante la mitosis y la meiosis . El término cinetocoro fue utilizado por primera vez en una nota al pie de un libro de Citología de 1934 por Lester W. Sharp [2] y aceptado comúnmente en 1936. [3] La nota al pie de Sharp dice: "El término cinetocoro (= lugar de movimiento) ha sido sugerido al autor por JA Moore", probablemente refiriéndose a John Alexander Moore, quien se había unido a la Universidad de Columbia como estudiante de primer año en 1932. [4]

Los organismos monocéntricos , incluidos los vertebrados, los hongos y la mayoría de las plantas, tienen una única región centromérica en cada cromosoma que ensambla un único cinetocoro localizado. Los organismos holocéntricos , como los nematodos y algunas plantas, ensamblan un cinetocoro a lo largo de toda la longitud de un cromosoma. [5]

Los cinetocoros inician, controlan y supervisan los movimientos de los cromosomas durante la división celular. Durante la mitosis, que ocurre después de que la cantidad de ADN se duplica en cada cromosoma (mientras se mantiene el mismo número de cromosomas) en la fase S , dos cromátidas hermanas se mantienen unidas por un centrómero. Cada cromátida tiene su propio cinetocoro, que miran en direcciones opuestas y se unen a polos opuestos del aparato del huso mitótico. Después de la transición de la metafase a la anafase , las cromátidas hermanas se separan entre sí, y los cinetocoros individuales en cada cromátida impulsan su movimiento hacia los polos del huso que definirán las dos nuevas células hijas. Por lo tanto, el cinetocoro es esencial para la segregación cromosómica que se asocia clásicamente con la mitosis y la meiosis.

Estructura

El cinetocoro contiene dos regiones:

  • un cinetocoro interno, que está estrechamente asociado con el ADN del centrómero y ensamblado en una forma especializada de cromatina que persiste durante todo el ciclo celular ;
  • un cinetocoro externo, que interactúa con los microtúbulos ; el cinetocoro externo es una estructura muy dinámica con muchos componentes idénticos, que se ensamblan y funcionan solo durante la división celular.

Incluso los cinetocoros más simples constan de más de 19 proteínas diferentes. Muchas de estas proteínas se conservan entre especies eucariotas, incluida una variante especializada de la histona H3 (llamada CENP-A o CenH3) que ayuda al cinetocoro a asociarse con el ADN. Otras proteínas en el cinetocoro lo adhieren a los microtúbulos (MT) del huso mitótico . También hay proteínas motoras , incluidas tanto la dineína como la kinesina , que generan fuerzas que mueven los cromosomas durante la mitosis. Otras proteínas, como Mad2 , controlan la unión de los microtúbulos, así como la tensión entre los cinetocoros hermanos y activan el punto de control del huso para detener el ciclo celular cuando alguno de estos está ausente. [6] El conjunto real de genes esenciales para la función del cinetocoro varía de una especie a otra. [7] [8]

Las funciones del cinetocoro incluyen el anclaje de los cromosomas a los MT en el huso, la verificación del anclaje, la activación del punto de control del huso y la participación en la generación de fuerza para propulsar el movimiento de los cromosomas durante la división celular. [9] Por otro lado, los microtúbulos son polímeros metaestables hechos de α- y β- tubulina , que alternan entre fases de crecimiento y contracción, un fenómeno conocido como inestabilidad dinámica . [10] Los MT son estructuras altamente dinámicas, cuyo comportamiento está integrado con la función del cinetocoro para controlar el movimiento y la segregación de los cromosomas. También se ha informado que la organización del cinetocoro difiere entre la mitosis y la meiosis y la integridad del cinetocoro meiótico es esencial para eventos específicos de la meiosis como el apareamiento de cromosomas homólogos, la monoorientación del cinetocoro hermano, la protección de la cohesión centromérica y la cohesión y duplicación del cuerpo del polo del huso. [11] [12]

En las células animales

El cinetocoro está compuesto de varias capas, observadas inicialmente mediante métodos convencionales de fijación y tinción de microscopía electrónica , [13] [14] (revisado por C. Rieder en 1982 [15] ) y más recientemente mediante congelación rápida y sustitución. [16]

Estructura y componentes del cinetocoro en células de vertebrados. Basado en Maiato et al. (2004). [9]

La capa más profunda del cinetocoro es la placa interna , que está organizada sobre una estructura de cromatina que contiene nucleosomas que presentan una histona especializada (denominada CENP-A , que sustituye a la histona H3 en esta región), proteínas auxiliares y ADN. La organización del ADN en el centrómero ( ADN satélite ) es uno de los aspectos menos comprendidos de los cinetocoros de vertebrados. La placa interna aparece como un dominio de heterocromatina discreto a lo largo del ciclo celular .

Fuera de la placa interna se encuentra la placa externa , que está compuesta principalmente de proteínas. Esta estructura se ensambla en la superficie de los cromosomas solo después de que se descompone la envoltura nuclear . [13] La placa externa en los cinetocoros de vertebrados contiene alrededor de 20 sitios de anclaje para los extremos (+) de los MT (llamados kMT, por los MT del cinetocoro ), mientras que la placa externa de un cinetocoro en la levadura ( Saccharomyces cerevisiae ) contiene solo un sitio de anclaje.

El dominio más externo del cinetocoro forma una corona fibrosa, que puede visualizarse mediante microscopía convencional , aunque solo en ausencia de MT. Esta corona está formada por una red dinámica de proteínas residentes y temporales implicadas en el punto de control del huso , en el anclaje de los microtúbulos y en la regulación del comportamiento cromosómico.

Durante la mitosis, cada cromátida hermana que forma el cromosoma completo tiene su propio cinetocoro. Se pueden observar cinetocoros hermanos distintos al final de la fase G2 en células de mamíferos cultivadas. [17] Estos cinetocoros tempranos muestran una estructura laminar madura antes de que se destruya la envoltura nuclear. [18] La vía molecular para el ensamblaje del cinetocoro en eucariotas superiores se ha estudiado utilizando genes knockouts en ratones y en células de pollo cultivadas, así como utilizando interferencia de ARN (ARNi) en C. elegans , Drosophila y células humanas, pero ninguna ruta lineal simple puede describir los datos obtenidos hasta ahora. [ cita requerida ]

Micrografías de microscopía de fluorescencia que muestran la proteína humana endógena Mad1 (uno de los componentes del punto de control del huso) en verde, a lo largo de las diferentes fases de la mitosis; CENP-B , en rojo, es un marcador centromérico, y DAPI (en azul) tiñe el ADN.

La primera proteína que se ensambla en el cinetocoro es CENP-A (Cse4 en Saccharomyces cerevisiae ). Esta proteína es una isoforma especializada de la histona H3. [19] CENP-A es necesaria para la incorporación de las proteínas del cinetocoro interno CENP-C, CENP-H y CENP-I/MIS6 . [20] [21] [22] [23] [24] La relación de estas proteínas en la vía dependiente de CENP-A no está completamente definida. Por ejemplo, la localización de CENP-C requiere CENP-H en células de pollo, pero es independiente de CENP-I/MIS6 en células humanas. En C. elegans y metazoos, la incorporación de muchas proteínas en el cinetocoro externo depende en última instancia de CENP-A.

Las proteínas cinetocóricas se pueden agrupar según su concentración en los cinetocoros durante la mitosis: algunas proteínas permanecen unidas durante toda la división celular, mientras que otras cambian de concentración. Además, pueden reciclarse en su sitio de unión en los cinetocoros de forma lenta (son bastante estables) o rápida (dinámicas).

  • Las proteínas cuyos niveles permanecen estables desde la profase hasta la anafase tardía incluyen componentes constitutivos de la placa interna y los componentes estables del cinetocoro externo, como el complejo Ndc80 , [25] [26] las proteínas KNL/KBP ( cinetocoro-nulo / proteína de unión a KNL ), [27] las proteínas MIS [27] y CENP-F . [28] [29] Junto con los componentes constitutivos, estas proteínas parecen organizar el núcleo nuclear de las estructuras internas y externas en el cinetocoro.
  • Los componentes dinámicos que varían en concentración en los cinetocoros durante la mitosis incluyen los motores moleculares CENP-E y dineína (así como sus componentes diana ZW10 y ROD), y las proteínas de punto de control del huso (como Mad1 , Mad2 , BubR1 y Cdc20 ). Estas proteínas se ensamblan en el cinetocoro en altas concentraciones en ausencia de microtúbulos; sin embargo, cuanto mayor sea el número de MT anclados al cinetocoro, menores serán las concentraciones de estas proteínas. [30] En la metafase, los niveles de CENP-E, Bub3 y Bub1 disminuyen en un factor de aproximadamente tres a cuatro en comparación con los cinetocoros libres, mientras que los niveles de dineína/dinactina, Mad1, Mad2 y BubR1 se reducen en un factor de más de 10 a 100. [30] [31] [32] [33]
  • Mientras que los niveles de proteína de punto de control del huso presentes en la placa externa disminuyen a medida que los MT se anclan, [33] otros componentes como EB1, APC y proteínas en la vía Ran ( RanGap1 y RanBP2 ) se asocian a los cinetocoros solo cuando los MT están anclados. [34] [35] [36] [37] Esto puede pertenecer a un mecanismo en el cinetocoro para reconocer el extremo positivo (+) de los microtúbulos, asegurando su anclaje adecuado y regulando su comportamiento dinámico mientras permanecen anclados.

Un estudio de 2010 utilizó un método complejo (denominado "proteómica combinatoria multiclasificadora" o MCCP) para analizar la composición proteómica de los cromosomas de vertebrados, incluidos los cinetocoros. [38] Aunque este estudio no incluye un enriquecimiento bioquímico de los cinetocoros, los datos obtenidos incluyen todos los subcomplejos centroméricos, con péptidos de las 125 proteínas centroméricas conocidas. Según este estudio, todavía hay alrededor de cien proteínas cinetocóricas desconocidas, lo que duplica la estructura conocida durante la mitosis, lo que confirma que el cinetocoro es una de las subestructuras celulares más complejas. De manera consistente, una revisión exhaustiva de la literatura indicó que ya se había demostrado experimentalmente que al menos 196 proteínas humanas estaban localizadas en los cinetocoros. [39]

Función

El número de microtúbulos unidos a un cinetocoro es variable: en Saccharomyces cerevisiae sólo un MT se une a cada cinetocoro, mientras que en los mamíferos puede haber entre 15 y 35 MT unidos a cada cinetocoro. [40] Sin embargo, no todos los MT del huso se unen a un cinetocoro. Hay MT que se extienden de un centrosoma al otro (y son responsables de la longitud del huso) y algunos más cortos se interdigitan entre los MT largos. El profesor B. Nicklas (Universidad de Duke), demostró que, si se rompe la unión MT-cinetocoro utilizando un rayo láser , las cromátidas ya no pueden moverse, lo que lleva a una distribución anormal de los cromosomas. [41] Estos experimentos también demostraron que los cinetocoros tienen polaridad, y que la unión del cinetocoro a los MT que emanan de uno u otro centrosoma dependerá de su orientación. Esta especificidad garantiza que sólo una cromátida se desplazará hacia cada lado del huso, asegurando así la correcta distribución del material genético. Así, una de las funciones básicas del cinetocoro es la fijación de los MT al huso, lo que es esencial para segregar correctamente las cromátidas hermanas. Si el anclaje es incorrecto, pueden producirse errores, generando aneuploidía , con consecuencias catastróficas para la célula. Para evitar que esto ocurra, existen mecanismos de detección y corrección de errores (como el punto de control de ensamblaje del huso ), cuyos componentes residen también en los cinetocoros. El movimiento de una cromátida hacia el centrosoma se produce principalmente por la despolimerización de los MT en el sitio de unión con el cinetocoro. Estos movimientos requieren también la generación de fuerza, en la que intervienen motores moleculares situados asimismo en los cinetocoros.

Anclaje cromosómico a MT en el huso mitótico

Capturando MT

Los cromosomas se unen al huso mitótico a través de cinetocoros hermanos, en una orientación bipolar.

Durante la fase de síntesis (fase S) del ciclo celular , el centrosoma comienza a duplicarse. Justo al comienzo de la mitosis, ambos centriolos de cada centrosoma alcanzan su longitud máxima, los centrosomas reclutan material adicional y su capacidad de nucleación de microtúbulos aumenta. A medida que avanza la mitosis, ambos centrosomas se separan para establecer el huso mitótico. [42] De esta manera, el huso en una célula mitótica tiene dos polos que emanan microtúbulos. Los microtúbulos son filamentos proteicos largos con extremos asimétricos, un extremo "menos" (-) relativamente estable junto al centrosoma y un extremo "más" (+) que soporta fases alternas de crecimiento-contracción, explorando el centro de la célula. Durante este proceso de búsqueda, un microtúbulo puede encontrar y capturar un cromosoma a través del cinetocoro. [43] [44] Los microtúbulos que encuentran y se unen a un cinetocoro se estabilizan, mientras que los microtúbulos que permanecen libres se despolimerizan rápidamente. [45] Como los cromosomas tienen dos cinetocoros asociados espalda con espalda (uno en cada cromátida hermana), cuando uno de ellos se une a los microtúbulos generados por uno de los polos celulares, el cinetocoro de la cromátida hermana queda expuesto al polo opuesto; por esta razón, la mayoría de las veces el segundo cinetocoro se une a los microtúbulos que emanan del polo opuesto, [46] de tal manera que los cromosomas ahora son biorientados , una configuración fundamental (también denominada anfitélica ) para asegurar la correcta segregación de ambas cromátidas cuando la célula se divida. [47] [48]

Esquema que muestra la progresión del ciclo celular entre la prometafase y la anafase. (Los cromosomas están en azul y los cinetocoros en amarillo claro).
Esquema que muestra la progresión del ciclo celular entre la prometafase y la anafase. (Los cromosomas están en azul y los cinetocoros en amarillo claro).

Cuando un solo microtúbulo se ancla a un cinetocoro, se inicia un rápido movimiento del cromosoma asociado hacia el polo que genera ese microtúbulo. Este movimiento está probablemente mediado por la actividad motora hacia el "menos" (-) de la proteína motora dineína citoplasmática, [49] [50] que está muy concentrada en los cinetocoros no anclados a MT. [51] El movimiento hacia el polo se ralentiza a medida que los cinetocoros adquieren kMT (MT anclados a cinetocoros) y el movimiento se vuelve dirigido por cambios en la longitud de los kMT. La dineína se libera de los cinetocoros a medida que adquieren kMT [30] y, en células de mamíferos cultivadas, es necesaria para la inactivación del punto de control del huso , pero no para la congresividad cromosómica en el ecuador del huso, la adquisición de kMT o la anafase A durante la segregación cromosómica. [52] En plantas superiores o en levaduras no hay evidencia de dineína, pero otras kinesinas hacia el extremo (-) podrían compensar la falta de dineína.

Células en metafase con niveles bajos de CENP-E mediante RNAi , que muestran cromosomas desalineados en la placa de metafase (flechas). Estos cromosomas están marcados con anticuerpos contra las proteínas de control mitótico Mad1/Mad2. Hec1 y CENP-B marcan la región centromérica (el cinetocoro) y DAPI es un colorante específico para el ADN.

Otra proteína motora implicada en la captura inicial de MT es la CENP-E; se trata de una kinesina de alto peso molecular asociada con la corona fibrosa en los cinetocoros de los mamíferos desde la prometafase hasta la anafase. [53] En las células con niveles bajos de CENP-E, los cromosomas carecen de esta proteína en sus cinetocoros, que a menudo son defectuosos en su capacidad de confluencia en la placa metafásica. En este caso, algunos cromosomas pueden permanecer crónicamente monoorientados (anclados a un solo polo), aunque la mayoría de los cromosomas pueden confluenciarse correctamente en la placa metafásica. [54]

Se acepta ampliamente que la fibra de kMTs (el haz de microtúbulos unidos al cinetocoro) se origina por la captura de MTs polimerizados en los centrosomas y polos del huso en células cultivadas de mamíferos. [43] Sin embargo, los MTs polimerizados directamente en los cinetocoros también podrían contribuir significativamente. [55] La manera en que la región centromérica o cinetocoro inicia la formación de kMTs y la frecuencia con la que esto sucede son preguntas importantes, [ ¿según quién? ] porque este mecanismo puede contribuir no solo a la formación inicial de kMTs, sino también a la manera en que los cinetocoros corrigen el anclaje defectuoso de los MTs y regulan el movimiento a lo largo de los kMTs.

Función del complejo Ndc80

Los MT asociados a los cinetocoros presentan características especiales: en comparación con los MT libres, los kMT son mucho más resistentes a la despolimerización inducida por frío, a las altas presiones hidrostáticas o a la exposición al calcio. [56] Además, los kMT se reciclan mucho más lentamente que los MT astrales y los MT del huso con extremos libres (+), y si los kMT se liberan de los cinetocoros utilizando un rayo láser, se despolimerizan rápidamente. [41]

Cuando quedó claro que ni la dineína ni la CENP-E son esenciales para la formación de los kMT, otras moléculas deberían ser responsables de la estabilización de los kMT. El trabajo genético pionero en levadura reveló la relevancia del complejo Ndc80 en el anclaje de los kMT. [25] [57] [58] [59] En Saccharomyces cerevisiae , el complejo Ndc80 tiene cuatro componentes: Ndc80p , Nuf2p , Spc24p y Spc25p. Los mutantes que carecen de cualquiera de los componentes de este complejo muestran pérdida de la conexión cinetocoro-microtúbulo, aunque la estructura del cinetocoro no se pierde por completo. [25] [57] Sin embargo, los mutantes en los que se pierde la estructura del cinetocoro (por ejemplo, los mutantes Ndc10 en levadura [60] ) son deficientes tanto en la conexión a los microtúbulos como en la capacidad de activar el punto de control del huso , probablemente porque los cinetocoros funcionan como una plataforma en la que se ensamblan los componentes de la respuesta.

El complejo Ndc80 está altamente conservado y ha sido identificado en S. pombe , C. elegans , Xenopus , pollos y humanos. [25] [ 26] [57] [61] [62] [63] [64] Los estudios sobre Hec1 ( altamente expresado en células cancerosas 1 ), el homólogo humano de Ndc80p, muestran que es importante para la correcta congresión cromosómica y la progresión mitótica, y que interactúa con componentes de los complejos de cohesina y condensina . [65]

Diferentes laboratorios han demostrado que el complejo Ndc80 es esencial para la estabilización del anclaje cinetocoro-microtúbulo, necesario para soportar la tensión centromérica implicada en el establecimiento de la correcta congresividad cromosómica en eucariotas superiores . [26] [62] [63] [64] Las células con función alterada de Ndc80 (usando RNAi , knockout genético o microinyección de anticuerpos ) tienen husos anormalmente largos, falta de tensión entre cinetocoros hermanos, cromosomas incapaces de congregarse en la placa metafásica y pocos o ningún kMT asociado.

Existe una variedad de evidencia sólida que respalda la capacidad del complejo Ndc80 de asociarse directamente con los microtúbulos y formar el componente central conservado de la interfaz cinetocoro-microtúbulo. [66] Sin embargo, la formación de interacciones cinetocoro-microtúbulo robustas también puede requerir la función de proteínas adicionales. En la levadura, esta conexión requiere la presencia del complejo Dam1-DASH-DDD. Algunos miembros de este complejo se unen directamente a los MT, mientras que otros se unen al complejo Ndc80. [58] [59] [67] Esto significa que el complejo Dam1-DASH-DDD podría ser un adaptador esencial entre los cinetocoros y los microtúbulos. Sin embargo, en animales no se ha identificado un complejo equivalente, y esta cuestión sigue siendo objeto de intensa investigación.

Verificación del anclaje cinetocoro-MT

Durante la fase S , la célula duplica toda la información genética almacenada en los cromosomas, en el proceso denominado replicación del ADN . Al final de este proceso, cada cromosoma incluye dos cromátidas hermanas , que son dos moléculas de ADN completas e idénticas. Ambas cromátidas permanecen asociadas mediante complejos de cohesión hasta la anafase, cuando se produce la segregación cromosómica. Si la segregación cromosómica se produce correctamente, cada célula hija recibe un conjunto completo de cromátidas, y para que esto ocurra cada cromátida hermana tiene que anclarse (a través del cinetocoro correspondiente) a los MT generados en polos opuestos del huso mitótico. Esta configuración se denomina anfitélica o biorientación .

Sin embargo, durante el proceso de anclaje también pueden aparecer algunas configuraciones incorrectas: [68]

Esquema que muestra diferentes configuraciones de anclaje entre los cromosomas y el huso mitótico. [55]
  • monotélica : solo una de las cromátidas está anclada a los MT, el segundo cinetocoro no está anclado; en esta situación, no hay tensión centromérica y se activa el punto de control del huso , lo que retrasa la entrada en anafase y da tiempo a la célula para corregir el error. Si no se corrige, la cromátida no anclada podría terminar aleatoriamente en cualquiera de las dos células hijas, generándose aneuploidía : una célula hija tendría cromosomas en exceso y la otra carecería de algunos cromosomas.
  • Sintélica : ambas cromátidas están ancladas a MTs que emanan del mismo polo; esta situación tampoco genera tensión centromérica y se activará el punto de control del huso. Si no se corrige, ambas cromátidas terminarán en la misma célula hija, generándose aneuploidía.
  • merotélica : al menos una cromátida está anclada simultáneamente a MTs que emanan de ambos polos. Esta situación genera tensión centromérica, por lo que no se activa el checkpoint del huso. Si no se corrige, la cromátida unida a ambos polos quedará como cromosoma rezagado en anafase, y finalmente se romperá en dos fragmentos, repartidos entre las células hijas, generando aneuploidía.

Tanto la configuración monotélica como la sintélica no generan tensión centromérica y son detectadas por el punto de control del huso. En cambio, la configuración merotélica no es detectada por este mecanismo de control. Sin embargo, la mayoría de estos errores se detectan y corrigen antes de que la célula entre en anafase. [68] Un factor clave en la corrección de estos errores de anclaje es el complejo pasajero cromosómico, que incluye la proteína quinasa Aurora B, su subunidad diana y activadora INCENP y otras dos subunidades, Survivin y Borealin/Dasra B (revisado por Adams y colaboradores en 2001 [69] ). Las células en las que la función de este complejo ha sido abolida por mutantes dominantes negativos , RNAi , microinyección de anticuerpos o utilizando fármacos selectivos, acumulan errores en el anclaje cromosómico. Muchos estudios han demostrado que Aurora B es necesaria para desestabilizar el anclaje incorrecto cinetocoro-MT, favoreciendo la generación de conexiones anfitélicas. El homólogo de Aurora B en levadura (Ipl1p) fosforila algunas proteínas del cinetocoro, como la proteína constitutiva Ndc10p y miembros de los complejos Ndc80 y Dam1-DASH-DDD. [70] La fosforilación de los componentes del complejo Ndc80 produce la desestabilización del anclaje de los kMT. Se ha propuesto que la localización de Aurora B es importante para su función: como se encuentra en la región interna del cinetocoro (en la heterocromatina centromérica), cuando se establece la tensión centromérica los cinetocoros hermanos se separan y Aurora B no puede alcanzar sus sustratos, por lo que los kMT se estabilizan. Aurora B se sobreexpresa con frecuencia en varios tipos de cáncer y actualmente es un objetivo para el desarrollo de fármacos contra el cáncer. [71]

Activación del punto de control del husillo

El punto de control del huso, o SAC (por punto de control del ensamblaje del huso ), también conocido como punto de control mitótico , es un mecanismo celular responsable de la detección de:

  • correcto ensamblaje del huso mitótico;
  • unión de todos los cromosomas al huso mitótico de manera bipolar;
  • congreso de todos los cromosomas en la placa metafásica.

Cuando un solo cromosoma (por cualquier razón) permanece retrasado durante la constitución, la maquinaria de control del huso genera un retraso en la progresión del ciclo celular: la célula se detiene, dando tiempo a los mecanismos de reparación para resolver el problema detectado. Después de un tiempo, si el problema no se ha solucionado, la célula será objeto de apoptosis (muerte celular programada), un mecanismo de seguridad para evitar la generación de aneuploidía , una situación que generalmente tiene consecuencias dramáticas para el organismo.

Mientras que las proteínas centroméricas estructurales (como CENP-B ) permanecen localizadas de manera estable durante toda la mitosis (incluso durante la telofase ), los componentes del punto de control del huso se ensamblan en el cinetocoro en altas concentraciones en ausencia de microtúbulos, y sus concentraciones disminuyen a medida que aumenta el número de microtúbulos unidos al cinetocoro. [30]

En la metafase, los niveles de CENP-E , Bub3 y Bub1 disminuyen de 3 a 4 veces en comparación con los niveles en los cinetocoros no unidos, mientras que los niveles de dineína/dinactina , Mad1 , Mad2 y BubR1 disminuyen >10-100 veces. [30] [31] [32] [33] Por lo tanto, en la metafase, cuando todos los cromosomas están alineados en la placa de metafase, todas las proteínas de punto de control se liberan del cinetocoro. La desaparición de las proteínas de punto de control fuera de los cinetocoros indica el momento en que el cromosoma ha alcanzado la placa de metafase y está bajo tensión bipolar. En este momento, las proteínas de punto de control que se unen e inhiben a Cdc20 (Mad1-Mad2 y BubR1), liberan Cdc20, que se une y activa APC/C Cdc20 , y este complejo desencadena la separación de las cromátidas hermanas y, en consecuencia, la entrada en anafase.

Varios estudios indican que el complejo Ndc80 participa en la regulación de la asociación estable de Mad1-Mad2 y dineína con los cinetocoros. [26] [63] [64] Sin embargo, las proteínas asociadas al cinetocoro CENP-A, CENP-C, CENP-E, CENP-H y BubR1 son independientes de Ndc80/Hec1. La detención prolongada en prometafase observada en células con niveles bajos de Ndc80/Hec1 depende de Mad2, aunque estas células muestran niveles bajos de Mad1, Mad2 y dineína en los cinetocoros (<10-15% en relación con los cinetocoros no unidos). Sin embargo, si se reducen tanto los niveles de Ndc80/Hec1 como de Nuf2, Mad1 y Mad2 desaparecen completamente de los cinetocoros y el punto de control del huso se inactiva. [72]

Las shugoshinas (Sgo1, MEI-S332 en Drosophila melanogaster [73] ) son proteínas centroméricas que son esenciales para mantener la cohesión unida a los centrómeros hasta la anafase. El homólogo humano, hsSgo1, se asocia con los centrómeros durante la profase y desaparece cuando comienza la anafase. [74] Cuando los niveles de shugoshinas se reducen mediante RNAi en células HeLa , la cohesión no puede permanecer en los centrómeros durante la mitosis y, en consecuencia, las cromátidas hermanas se separan sincrónicamente antes de que se inicie la anafase, lo que desencadena un largo paro mitótico.

Por otra parte, Dasso y colaboradores han encontrado que las proteínas implicadas en el ciclo Ran pueden detectarse en los cinetocoros durante la mitosis: RanGAP1 (una proteína activadora de GTPasa que estimula la conversión de Ran-GTP en Ran-GDP) y la proteína de unión a Ran llamada RanBP2/Nup358 . [75] Durante la interfase, estas proteínas se localizan en los poros nucleares y participan en el transporte nucleocitoplasmático. La localización de estas proteínas en el cinetocoro parece ser funcionalmente significativa, porque algunos tratamientos que aumentan los niveles de Ran-GTP inhiben la liberación de Bub1, Bub3, Mad2 y CENP-E en el cinetocoro. [76]

Orc2 (una proteína que pertenece al complejo de reconocimiento de origen -ORC- implicado en la iniciación de la replicación del ADN durante la fase S ) también se localiza en los cinetocoros durante la mitosis en células humanas; [77] de acuerdo con esta localización, algunos estudios indican que Orc2 en levadura está implicado en la cohesión de las cromátidas hermanas, y cuando se elimina de la célula, se produce la activación del punto de control del huso . [78] También se ha descubierto que otros componentes de ORC (como orc5 en S. pombe ) participan en la cohesión. [79] Sin embargo, las proteínas ORC parecen participar en una vía molecular que es aditiva a la vía de la cohesión , y es en su mayoría desconocida.

Generación de fuerza para impulsar el movimiento de los cromosomas.

La mayoría de los movimientos cromosómicos en relación con los polos del huso están asociados al alargamiento y acortamiento de los kMT. Una de las características de los cinetocoros es su capacidad de modificar el estado de sus kMT asociados (alrededor de 20) desde un estado de despolimerización en su extremo (+) a un estado de polimerización. Esto permite que los cinetocoros de las células en prometafase muestren "inestabilidad direccional", [80] cambiando entre fases persistentes de movimiento hacia el polo ( poleward ) o invertido ( anti-poleward ), que se acoplan con estados alternantes de despolimerización y polimerización de los kMT, respectivamente. Esta biestabilidad del cinetocoro parece ser parte de un mecanismo para alinear los cromosomas en el ecuador del huso sin perder la conexión mecánica entre cinetocoros y polos del huso. Se piensa que la biestabilidad del cinetocoro se basa en la inestabilidad dinámica del extremo (+) de los kMT, y está parcialmente controlada por la tensión presente en el cinetocoro. En células cultivadas de mamíferos, una tensión baja en los cinetocoros promueve el cambio hacia la despolimerización de los kMT, y una tensión alta promueve el cambio hacia la polimerización de los kMT. [81] [82]

Las proteínas cinetocóricas y las proteínas que se unen al extremo (+) de los MT (denominadas colectivamente +TIP) regulan el movimiento del cinetocoro a través de la regulación de la dinámica del extremo (+) de los kMT. [83] Sin embargo, la interfaz cinetocoro-microtúbulo es muy dinámica y algunas de estas proteínas parecen ser componentes genuinos de ambas estructuras. Dos grupos de proteínas parecen ser particularmente importantes: las kinesinas que funcionan como despolimerasas, como las kinesinas KinI; y las proteínas unidas a los extremos (+) de los MT, +TIP, que promueven la polimerización, tal vez antagonizando el efecto de las despolimerasas. [84]

  • Las kinesinas KinI se denominan "I" porque presentan un dominio motor interno, que utiliza ATP para promover la despolimerización del polímero de tubulina, el microtúbulo. En los vertebrados, la kinesina KinI más importante que controla la dinámica del ensamblaje del extremo (+) es MCAK. [85] Sin embargo, parece que hay otras kinesinas implicadas.
  • Hay dos grupos de +TIP con funciones cinetocóricas.
    • La primera incluye la proteína adenomatous polyposis coli (APC) y la proteína asociada EB1 , que necesitan MT para localizarse en los cinetocoros. Ambas proteínas son necesarias para la correcta segregación cromosómica. [86] EB1 se une únicamente a los MT en estado de polimerización, lo que sugiere que promueve la estabilización de los kMT durante esta fase.
    • El segundo grupo de +TIPs incluye proteínas que pueden localizarse en los cinetocoros incluso en ausencia de MTs. En este grupo hay dos proteínas que han sido ampliamente estudiadas: CLIP-170 y sus proteínas asociadas CLASPs ( proteínas asociadas a CLIP ). El papel de CLIP-170 en los cinetocoros es desconocido, pero la expresión de un mutante negativo dominante produce un retraso en la prometafase, [87] lo que sugiere que tiene un papel activo en la alineación cromosómica. Las proteínas CLASPs son necesarias para la alineación cromosómica y el mantenimiento de un huso bipolar en Drosophila , humanos y levaduras. [88] [89]

Referencias

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