El centrómero es la región de contacto de las dos cromátidas de un cromosoma.
Hay dos tipos de centrómeros.
Los centrómeros de los cromosomas monocéntricos son centrómeros "regionales" que ocupan una región específica dentro de un cromosoma. Suelen ser visibles como una constricción en el cromosoma metafásico. El tamaño de esta región varía entre especies, desde 125 pb en S. cerevisiae hasta varias megabases para centrómeros humanos. Normalmente hay solo un centrómero regional por cromosoma (de ahí el término "monocéntrico"), pero los reordenamientos cromosómicos pueden conducir a dos centrómeros en el mismo cromosoma (esto se llama cromosoma dicéntrico ).
Los centrómeros de los cromosomas holocéntricos se extienden por toda la longitud de los cromosomas. Poco frecuentes en las especies comúnmente estudiadas (con la excepción de C. elegans ), nunca observados en vertebrados, los cromosomas holocéntricos están, no obstante, muy extendidos en protozoos, varios filos de invertebrados y algunas plantas.
El ADN centromérico es muy variable de una especie a otra. El centrómero más simple, el de Saccharomyces cerevisiae , abarca aproximadamente 125 pb y está compuesto por tres elementos funcionales CDE I, II y III ( elemento de ADN del centrómero ), los elementos I y III se conservan en los dieciséis cromosomas mientras que el elemento II tiene una secuencia variable, único para cada cromosoma.
En S. pombe , los centrómeros varían en tamaño desde ~ 35 kb en el cromosoma I a 110 kb en el cromosoma III. Cada centrómero está formado por un dominio central flanqueado por dos dominios externos. El dominio central está compuesto en sí mismo por un elemento cnt central de 4 a 7 kb formado por ADN no repetido, rodeado por dos elementos de ADN repetidos invertidos, los elementos imr ( repeticiones más internas ). La secuencia de todos los elementos del dominio central, cnt e imr , es única en cada cromosoma, solo la organización del dominio central se conserva de un cromosoma a otro. Los dominios externos, otr para repeticiones externas , se componen esencialmente de un número variable de copias de dos elementos de ADN repetidos, dg y dh .
En los metazoos , el ADN centromérico se compone esencialmente de diferentes formas de ADN repetido que pueden abarcar varias megabases. Esta composición constituye un obstáculo para su análisis detallado, siendo difícil la secuenciación y ensamblaje de regiones largas de ADN repetido. En Drosophila, por ejemplo, se ha estudiado un centrómero único, el del minicromosoma Dp1187 , a escala de secuencia de nucleótidos. Se extiende por 420 kb divididos en dos regiones compuestas por dos tipos de ADN satélite distintos intercalados con elementos transponibles .
En los seres humanos, el ADN centromérico repetido es principalmente ADN satélite α (también llamado ADN alfoide en inglés), cuya unidad (monómero) es 171 pb . Estos monómeros están organizados en unidades de repetición de orden superior ( HOR ), alineados ininterrumpidamente en la misma orientación en distancias que van desde 100 kb a 4 Mb . Dentro del mismo cromosoma, los HOR son muy homogéneos, con una identidad de secuencia del 99,8%, mientras que los monómeros dentro de un HOR solo comparten entre el 60 y el 80% de identidad. El ADN satélite α contiene una secuencia particular, la caja CENP-B (Caja CENP-B ), de 17 pb , capaz de unirse a la proteína CENP-B e involucrada en la formación de cromatina centromérica y el ensamblaje del cinetocoro .
La falta de conservación de los ADN centroméricos ha llevado a la sugerencia de que la función del centrómero y su posición en el cromosoma no está determinada por la secuencia de nucleótidos. Con la excepción de S. cerevisiae , donde los elementos CDE mencionados anteriormente son suficientes para formar un centrómero funcional, el ADN centromérico en otros eucariotas no parece ni necesario ni suficiente para mantener la función del centrómero: no es necesario, porque se puede formar un centrómero funcional en regiones que no muestran ninguna similitud con las secuencias centroméricas ( neocentrómeros ); ni suficiente, ya que la mera presencia de secuencias de tipo centromérico no conduce sistemáticamente a un centrómero funcional. Ahora se acepta que la identidad y función del centrómero están definidas epigenéticamente y dependen de una estructura de cromatina especializada en lugar de la secuencia de ADN subyacente. A diferencia de la secuencia de ADN, la cromatina asociada con los centrómeros exhibe características relativamente bien conservadas en eucariotas.
La cromatina en los centrómeros tiene características particulares que distinguen tanto a la eucromatina como a la heterocromatina , por lo que podemos calificarla como centromérica (a veces centrocromatina o, especialmente en inglés, cromatina CEN ).
Quizás la característica más importante, conservada en todos los eucariotas estudiados, es la presencia de la proteína CenH3 ( H3 centromérica ), una variante de la histona H3 localizada específica y exclusivamente en la cromatina centromérica. Esta histona (también llamada Cse4p en S. cerevisiae , Cnp1p en S. pombe , CENP-A en la mayoría de los mamíferos) permite la formación de un nucleosoma variante, cuya estructura exacta aún no está claramente establecida pero, en todos los casos, lo suficientemente diferente de la de un nucleosoma convencional para dar a la cromatina centromérica propiedades distintas.
Otras características de la cromatina centromérica son la hipoacetilación de histonas (una característica frecuentemente asociada con la heterocromatina ) y la dimetilación de histonas H3 en lisina-4 (H3K4me2, una marca frecuentemente asociada con regiones promotoras de Génova).
La cromatina centromérica generalmente está flanqueada en ambos lados por heterocromatina , denominada pericentromérica o pericéntrica . Lleva las marcas típicas de la heterocromatina, en particular la di- y trimetilación de la histona H3 en lisina-9 (H3K9me2 / 3) y la presencia de la proteína HP1. También está enriquecido con la variante H2A.Z, una variante de la histona H2A.
La función esencial del centrómero es servir como plataforma de ensamblaje para el cinetocoro durante la mitosis . La proteína de cromatina centromérica CenH3 es uno de los factores clave en esta función. Su ausencia evita cualquier formación del cinetocoro, y su sobreexpresión y su localización ectópica conducen a una mala localización de al menos parte de las proteínas del cinetocoro.
CenH3 permite el ensamblaje del cinetocoro a través de las proteínas del complejo CCAN ( red constitutiva asociada al centrómero, "red [de proteínas] asociada constitutivamente al centrómero"), que reconocen la estructura particular de los nucleosomas que contienen CenH3. El CCAN representa la interfaz entre la cromatina centromérica y el cinetocoro interno y permite el reclutamiento de los diferentes complejos que componen el cinetocoro.
En humanos, CCAN se puede dividir en dos subcomplejos: el complejo CENP-A NAC ( complejo asociado al nucleosoma CENP-A , "complejo asociado al nucleosoma CENP-A"), que como su nombre indica está directamente en contacto con el Nucleosoma CENP-A; y el complejo CENP-A CAD ( complejo distal CENP-A ), que interactúa no directamente con CENP-A sino con las proteínas del complejo CENP-A NAC . En S. cerevisiae y S. pombe , los homólogos funcionales de CCAN humana son los complejos Ctf19 y Sim4, respectivamente. Aún no se han identificado las contrapartes de CCAN en otros eucariotas modelo.