Cosa sono i centromeri?

Un cromosoma eucariotico è una molecola di DNA lineare, che sostanzialmente deve avere tre caratteristiche: deve avere almeno un sito d’origine di replicazione del DNA, deve avere una sequenza chiamata centromero, che è solitamente collocata in una posizione più o meno interna, vagamente centrale della molecola di DNA, e deve avere due regioni telomeriche, che devono essere collocate invece alle estremità della molecola lineare di DNA. Aggiungendo queste 3 componenti a una qualsiasi molecola lineare di DNA di fatto si ottiene un cromosoma. Queste osservazioni sono state fatte nel tentativo di costruire cromosomi eucariotici artificiali, ossia in vitro. Il primo di questi, sul quale sono stati svolti i lavori pionieristici, è chiamato YAC (“Yeast Artificial Chromosome”), detto cromosoma artificiale di lievito, infatti il lievito è uno degli organismi eucariotici più semplici, ma è molto significativo dal punto di vista degli studi di ricerca, perciò viene spesso utilizzato come modello sperimentale.

Andiamo adesso un attimo ad analizzare cos’è il CENTROMERO, ovvero una regione che si trova sempre in una posizione più o meno centrale di un cromosoma, inoltre è una zona di restringimento ed è il punto a livello del quale i due cromatidi fratelli vengono tenuti insieme. Sulla base del posizionamento del centromero i cromosomi vengono suddivisi in metacentrici, quando il centromero si trova perfettamente al centro, in submetacentrici, quando il centromero si trova leggermente spostato verso una delle due estremità del cromosoma, e in acrocentrici, quando il centromero si trova proprio a ridosso di una delle due estremità del cromosoma. In particolare il centromero è la regione responsabile della corretta segregazione dei cromosomi, in quanto è il punto che media l’interazione coi microtubuli del fuso mitotico.

Andiamo adesso a descrivere i CENTROMERI, ovvero quelle strutture nucleotidiche che servono a mediare la segregazione del DNA, ciò infatti è possibile grazie al fatto che esse vengono utilizzate per il reclutamento dei microtubuli appartenenti al fuso mitotico. Il legame dei centromeri coi microtubuli del fuso mitotico non è diretto, bensì è mediato da un complesso multiproteico che si chiama cinetocore. Consideriamo ora quanto avviene nei lieviti: negli eucarioti superiori la situazione è più complessa, tuttavia ci sono delle somiglianze sia nelle sequenze centromeriche che nelle proteine del cinetocore. Innanzitutto analizziamo la sequenza centromerica, chiamata anche sequenza CEN: nei lieviti è lunga circa 100 nucleotidi e la sua caratteristica principale è la ripetitività (si tratta in particolare di una ripetizione di “A” e “T”). Negli eucarioti superiori le sequenze centromeriche sono molto più lunghe, l’ordine di grandezza è quello delle megabasi, ma queste sequenze mantengono la caratteristica della ripetitività. Il DNA dei centromeri, così come quello dei telomeri, è quindi ripetitivo, inoltre è intergenico, ossia non contiene geni, quindi non deve essere espresso. Il DNA dei telomeri e dei centromeri è, per questo motivo, quello che va a costituire l’eterocromatina dei cromosomi, in particolare il DNA centromerico ne occupa la maggior parte. Altra caratteristica del DNA centromerico, comune a tutti gli eucarioti, è rappresentata dal fatto che un istone, di solito l’istone H3, viene sostituito in tutti i nucleosomi da una proteina omologa, che assicura uno stato di condensazione più elevato della cromatina, tipico dell’eterocromatina. Se andiamo ad analizzare invece cos’è il cinetocore, vediamo che è rappresentato da un complesso multiproteico che media il contatto fra il DNA centromerico e i microtubuli del fuso mitotico, in particolare le subunità che lo costituiscono possono essere raggruppate in tre componenti, aventi tre funzioni ben specifiche. La prima componente ha una funzione strutturale ed è quella che media l’interazione fra il DNA dei centromeri e i microtubuli del fuso mitotico, la seconda componente ha una funzione regolativa ed è composta da subunità proteiche che vengono fosforilate ad opera dei complessi CDK-cicline della fase M del ciclo cellulare, infatti questo segnale regolativo avvia l’attacco dei cromosomi al fuso mitotico, per finire la terza componente ha una funzione motoria, infatti come è noto il movimento dei cromatidi fratelli durante la segregazione è passivo, essi vengono infatti trascinati passivamente ai poli opposti della cellula attraverso un meccanismo di depolimerizzazione dei microtubuli del fuso mitotico. All’inizio della mitosi i cromosomi devono quindi legarsi all’estremità dei microtubuli detta “estremità +”, che è quella rivolta verso l’equatore, poi nel momento in cui i cromosomi vengono contattati dai microtubuli del fuso mitotico, possono verificarsi due situazioni: la prima viene definita “end capture”, o cattura dell’estremità, che rappresenta la situazione corretta e consiste proprio nel fatto che il cromosoma si lega all’ ”estremità +” del microtubulo, oppure il cromosoma può andare erroneamente a legare la superficie laterale del microtubulo, anziché l’estremità libera, in questo caso deve scivolare lungo la superficie del microtubulo per arrivare fino all’estremità libera, arrivando dunque ad appiarsi correttamente, e a questo sono deputate le proteine motorie. Questa è l’organizzazione del cinetocore nei lieviti, mentre negli eucarioti superiori ha una struttura più complessa, ma le proteine che la compongono sono omologhe a quelle presenti nel lievito e quindi le funzioni svolte sono sempre le stesse.