La segregación cromosómica es el proceso en eucariotas por el cual dos cromátidas hermanas formadas como consecuencia de la replicación del ADN , o cromosomas homólogos emparejados , se separan entre sí y migran a polos opuestos del núcleo . Este proceso de segregación se produce durante tanto la mitosis y meiosis . La segregación cromosómica también ocurre en procariotas . Sin embargo, a diferencia de la segregación cromosómica eucariota, la replicación y la segregación no están separadas temporalmente. En cambio, la segregación ocurre progresivamente después de la replicación. [1]
Segregación de cromátidas mitóticas
Durante la mitosis, la segregación de cromosomas ocurre de forma rutinaria como un paso en la división celular (ver diagrama de mitosis). Como se indica en el diagrama de mitosis, la mitosis está precedida por una ronda de replicación del ADN, de modo que cada cromosoma forma dos copias llamadas cromátidas . Estas cromátidas se separan en polos opuestos, un proceso facilitado por un complejo proteico denominado cohesina . Tras la segregación adecuada, un conjunto completo de cromátidas termina en cada uno de los dos núcleos, y cuando se completa la división celular, cada copia de ADN anteriormente conocida como cromátida ahora se llama cromosoma.
Segregación meiótica de cromosomas y cromátidas
La segregación cromosómica ocurre en dos etapas separadas durante la meiosis llamadas anafase I y anafase II (ver diagrama de meiosis). En una célula diploide hay dos conjuntos de cromosomas homólogos de diferente origen parental (por ejemplo, un conjunto paterno y otro materno). Durante la fase de meiosis denominada "interfase s" en el diagrama de meiosis hay una ronda de replicación del ADN, de modo que cada uno de los cromosomas inicialmente presentes ahora está compuesto por dos copias llamadas cromátidas . Estos cromosomas (cromátidas emparejadas) luego se emparejan con el cromosoma homólogo (también cromátidas emparejadas) presente en el mismo núcleo (consulte la profase I en el diagrama de meiosis). El proceso de alineación de cromosomas homólogos emparejados se llama sinapsis (ver Sinapsis ). Durante la sinapsis, suele ocurrir una recombinación genética. Algunos de los eventos de recombinación ocurren por cruzamiento (que implica el intercambio físico entre dos cromátidas), pero la mayoría de los eventos de recombinación implican intercambio de información, pero no intercambio físico entre dos cromátidas (ver recocido de hebra dependiente de síntesis (SDSA) ). Después de la recombinación, se produce la segregación cromosómica según lo indicado por las etapas metafase I y anafase I en el diagrama de meiosis.
Diferentes pares de cromosomas se segregan independientemente entre sí, un proceso denominado "surtido independiente de cromosomas no homólogos" . Este proceso da como resultado que cada gameto generalmente contenga una mezcla de cromosomas de ambos padres originales.
La segregación cromosómica inadecuada puede provocar que los gametos aneuploides tengan muy pocos o demasiados cromosomas.
La segunda etapa en la que ocurre la segregación durante la meiosis es la profase II (ver diagrama de meiosis). Durante esta etapa, la segregación se produce mediante un proceso similar al de la mitosis, excepto que en este caso la profase II no está precedida por una ronda de replicación del ADN. Por lo tanto, las dos cromátidas que comprenden cada cromosoma se separan en núcleos diferentes , de modo que cada núcleo obtiene un solo conjunto de cromátidas (ahora llamadas cromosomas) y cada núcleo se incluye en un gameto haploide (consulte las etapas que siguen a la profase II en el diagrama de meiosis). Este proceso de segregación también se ve facilitado por la cohesión . La falta de segregación adecuada durante la profase II también puede conducir a gametos aneuploides. Los gametos aneuploides pueden someterse a fertilización para formar cigotos aneuploides y, por lo tanto, a graves consecuencias adversas para la progenie.
Los cruces facilitan la segregación, pero no son esenciales
La recombinación meiótica de cruzamiento cromosómico (CO) facilita la segregación adecuada de los cromosomas homólogos . Esto se debe a que, al final de la profase meiótica I , la recombinación de CO proporciona un vínculo físico que mantiene unidos los pares de cromosomas homólogos. Estos vínculos los establecen los quiasmas , que son las manifestaciones citológicas de la recombinación de CO. Junto con el enlace de cohesión entre las cromátidas hermanas , la recombinación de CO puede ayudar a asegurar la segregación ordenada de los cromosomas homólogos emparejados a los polos opuestos. En apoyo de esto, un estudio de aneuploidía en espermatozoides individuales por secuenciación del genoma completo encontró que, en promedio, los espermatozoides humanos con autosomas aneuploides exhiben significativamente menos cruces que las células normales. [2] Después de que se completa la primera segregación cromosómica en la meiosis I , se produce una mayor segregación cromosómica durante la segunda división de ecuaciones de la meiosis II . Tanto la segregación inicial adecuada de los cromosomas en la profase I como la siguiente segregación cromosómica durante la división ecuacional en la meiosis II son necesarias para generar gametos con el número correcto de cromosomas.
Los recombinantes de CO se producen mediante un proceso que implica la formación y resolución de intermedios de la unión de Holliday . Como se indica en la figura titulada "Un modelo actual de recombinación meiótica", la formación de cruces meióticos puede iniciarse mediante una ruptura de doble hebra (DSB). La introducción de DSB en el ADN a menudo emplea la proteína SPO11 similar a la topoisomerasa . [3] La recombinación de CO también puede ser iniciada por fuentes externas de daño del ADN, como la irradiación X, [4] o fuentes internas. [5] [6]
Existe evidencia de que la recombinación de CO facilita la segregación cromosómica meiótica. [2] Sin embargo, otros estudios indican que el quiasma , aunque de apoyo, no es esencial para la segregación cromosómica meiótica. La levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae es un organismo modelo utilizado para estudiar la recombinación meiótica. Se descubrió que los mutantes de S. cerevisiae defectuosos en la recombinación de CO al nivel de resolución de la unión de Holliday experimentan eficazmente una segregación cromosómica adecuada. La vía que produce la mayoría de CO en S. cerevisiae , y posiblemente en mamíferos, involucra un complejo de proteínas que incluye el heterodímero MLH1 - MLH3 (llamado MutL gamma). [7] MLH1-MLH3 se une preferentemente a las uniones de Holliday. [8] Es una endonucleasa que produce roturas monocatenarias en el ADN bicatenario superenrollado , [8] [9] y promueve la formación de CO recombinantes. [10] Los mutantes dobles eliminados tanto para MLH3 (vía principal) como para MMS4 (que es necesario para una vía de resolución de unión de Holliday menor) mostraron un cruzamiento drásticamente reducido en comparación con el tipo salvaje (reducción de 6 a 17 veces); sin embargo, la viabilidad de las esporas fue razonablemente alta (62%) y la disyunción cromosómica pareció principalmente funcional. [10]
Las proteínas MSH4 y MSH5 forman una estructura heterooligomérica ( heterodímero ) en S. cerevisiae y humanos. [11] [12] [13] En S. cerevisiae , MSH4 y MSH5 actúan específicamente para facilitar los cruces entre cromosomas homólogos durante la meiosis. [11] El complejo MSH4 / MSH5 se une y estabiliza las uniones dobles Holliday y promueve su resolución en productos cruzados. Un mutante hipomórfico (parcialmente funcional) MSH4 de S. cerevisiae mostró una reducción del 30% en todo el genoma en el número de cruces y un gran número de meiosis con cromosomas sin intercambio. [14] Sin embargo, este mutante dio lugar a patrones de viabilidad de esporas, lo que sugiere que la segregación de cromosomas sin intercambio se produjo de manera eficiente. [14] Por tanto, parece que la recombinación de CO facilita la segregación cromosómica adecuada durante la meiosis en S. cerevisiae , pero no es esencial.
La levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe tiene la capacidad de segregar cromosomas homólogos en ausencia de recombinación meiótica (segregación de achiasmato). [15] Esta capacidad depende de la dineína motora de los microtúbulos que regula el movimiento de los cromosomas hacia los polos del huso meiótico .
Ver también
- Ciclo celular
- Segregación no aleatoria de cromosomas
Referencias
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