CENTROMEER: ​​CONCEPTEN, KENMERKEN, POSITIE, FUNCTIE - BIOLOGIE - 2026

De centromeren zijn fundamentele chromosomale structuren die de zusterchromatiden bij elkaar houden tijdens de celdeling. Bovendien zijn dit de plaatsen waar de microtubuli van de spil samenkomen om de chromosomen aan het einde van de celdeling te scheiden.

Centromeren werden voor het eerst beschreven in 1882 door de arts en onderzoeker Walther Flemming (1843-1905), toen hij een gedetailleerde karakterisering van celdeling uitvoerde.

Basisstructuur van een chromosoom, met de centromeer in het midden ervan. Bron: lifeder.com

Centromeren zijn ook bekend als "adhesiegebieden" of "kinetochoren". Het is nu echter bekend dat dit de bindingsplaatsen zijn van het complex van DNA en eiwitten die de kinetochoor vormen.

Concepten

De functie van de centromeer in alle levende wezens is hetzelfde, maar elke soort vertoont unieke kenmerken en er kunnen interspecifieke verschillen zijn in termen van structuur, grootte en complexiteit.

Grafische weergave van een menselijk centromeer (Bron: Silvia3 via Wikimedia Commons) Het DNA dat deel uitmaakt van de centromeren ondergaat constante wijzigingen (evolueert), wat impliceert dat er significante verschillen worden gevonden tussen soorten, zelfs als deze evolutionair gezien erg dichtbij zijn.

Voor wetenschappers is de studie van het centromeer geen gemakkelijke taak, aangezien bij planten en dieren deze 'structuur' of 'regio's' zijn opgenomen in delen van het genoom van het satelliettype (zeer repetitief), waardoor het moeilijk is om in kaart te brengen met behulp van technieken van conventionele sequentiebepaling.

Mutaties in het centromere gebied hebben ernstige fysiologische implicaties bij mensen. Afwijkingen in de structuur en functies zijn dodelijk of worden geassocieerd met aangeboren en verworven ziekten, met kanker, onvruchtbaarheid en geboorteafwijkingen.

Centromere kenmerken

Centromeren zijn delen van chromosomen die zeer repetitieve gebieden van DNA bevatten in de vorm van heterochromatine. Deze regio's zijn gespecialiseerd in de aanhechting en segregatie van zusterchromatiden tijdens celdeling.

Over het algemeen bevatten de centromeren de oudste DNA-sequenties, achtereenvolgens geordend en dicht bij de grens tussen heterochromatine en euchromatine, dat wil zeggen dat de centromeren sterk heterochromatische gebieden zijn.

Centromere sequenties worden regelmatig ingedeeld in twee typen: satelliet-DNA en transponeerbare elementen. Beide soorten sequenties vertegenwoordigen het grootste deel van het DNA in de centromeren.

Organisatie van DNA in de centromere regio's van verschillende soorten (Bron: Gouttegd via Wikimedia Commons) Momenteel worden centromeren beschouwd als complexe structuren die zijn samengesteld uit genomisch DNA, dat wordt onderworpen aan verschillende epigenetische processen.

Omdat de centromeren een chromatinegedeelte van de chromosomen zijn, worden ze gevormd door een complex van DNA- en histoneiwitten die hun "verpakking" bevorderen.

De nucleosomen van de centromere gebieden bezitten echter niet het histon H3-eiwit; in plaats daarvan hebben ze een variant die door de vakman is geïdentificeerd, die centromeer-specifiek is.

Dit histon-achtige eiwit varieert aanzienlijk tussen verschillende soorten. Bij zoogdieren staat dit bekend als CENP-A, bij geleedpotigen wordt het CID genoemd en bij schimmels en gisten wordt het Cse4 genoemd.

Dankzij de specifieke verschillen van het CENH3-eiwit in de centromeren, worden de kenmerken en eigenschappen ervan gebruikt voor de identificatie van soorten, vooral van het centromere gebied in de chromosomen.

Positie

De locatie van het centromeer op de chromosomen wordt in karyotypen gevisualiseerd als een "vernauwing", die over het algemeen een "primaire vernauwing" wordt genoemd.

In sommige organismen worden de centromeren niet in één regio aangetroffen, maar zijn ze eerder "diffuus", zodat de vezels van de spil langs het hele chromosoom kunnen samenkomen. Deze chromosomen staan ​​bekend als diffuus centromeer.

Diagram van een holocentrisch of diffuus centromeer-chromosoom en een ander metacentrisch chromosoom (ook bekend als "monocentrisch", aangezien ze slechts één centromeer hebben) (Bron: Mandrioli & Manicardi via Wikimedia Commons) De positie van de centromeer geeft de vorm aan die het chromosoom zal aannemen tijdens de deling van de kern. Als het centromeer zich in het midden van een chromosoom bevindt, zal het de vorm aannemen van een "V" aangezien het is gescheiden naar tegenovergestelde polen van de delende cel.

Als het centromeer zich daarentegen nabij een van de uiteinden van een chromosoom bevindt, zal dit, wanneer het gescheiden wordt van zijn zusterchromatide, een "J" -vorm hebben tijdens segregatie. Evenzo, als het centromeer zich aan de uiteinden van een chromosoom bevindt, zal de scheiding het een "stijve staaf" geven.

Het is belangrijk te vermelden dat de positie van de centromeer op een chromosoom de relatie aangeeft tussen de lengtes van zijn twee armen (de korte of "p" en de lange of "q"). Deze relatie is vrij specifiek voor elk type chromosoom.

Volgens de positie van de centromeer worden drie soorten chromosomen herkend:

Chromosoomtypes en locatie van de centromeer. A: korte arm (p). B: centromeer. C. Lange arm (q). D: zusterchromatide. I-Telocentric: de centromeer bevindt zich bovenaan. Armen p enigszins zichtbaar. II-Acrocentrisch: q-armen zijn langer dan p-armen, maar deze zijn langer dan in telocentrisch. III-Submetacentrisch: armen p en q zijn vergelijkbaar in lengte maar niet gelijk. IV-Metacentric: q en p armen even lang. Fockey003

Telocentrische chromosomen

Deze chromosomen hebben de centromeer aan het einde van een van de twee chromatine-armen. Het zijn degenen die in de vorm van stijve staven bewegen tijdens segregatie naar de polen bij celdeling.

Acrocentrische chromosomen

Bij dit type chromosomen blijkt het centromeer meer naar het ene uiteinde dan naar het andere te zijn verschoven. Wanneer de cel zich deelt en de chromosomen scheiden, zijn het de acrocentrische chromosomen die een "J" -vorm krijgen.

Metacentrische chromosomen

Metacentrische chromosomen hebben centromeren verspreid over het midden van het chromosoom, waarbij ze twee armen van gelijke lengte van elkaar scheiden. Vanwege de locatie van hun centromeer scheiden metacentrische chromosomen zich af in een V-vorm tijdens anafase van celdeling.

Functie

Centromeren zijn het universele middel voor de effectieve uitscheiding van chromosomen in alle eukaryote organismen. Het zijn de bevestigingsplaatsen voor microtubuli om de precieze mechanische kracht uit te oefenen om chromosomen of chromatiden te scheiden tijdens meiose of mitose.

De specifieke functies van het centromeer zijn de adhesie en scheiding van de zusterchromatiden, de fixatie van de microtubuli, de beweging van de chromosomen tijdens de segregatie naar de dochtercellen, de vestiging van heterochromatine en bovendien vertegenwoordigen ze een controlepunt van de mitose.

Bij zoogdieren worden CENP-achtige eiwitten gevonden in het centromeer heterochromatine. Dit kunnen drie typen zijn: CENP-A, CENP-B en CENP-C, die allemaal deelnemen aan de montage van de kinetochoor.

De afwezigheid van het CENP-C-eiwit kan ernstige fouten veroorzaken bij de segregatie van chromosomen, aangezien dit een eiwit is dat DNA-bindende en 'zelfassociatie'-eigenschappen heeft en direct gerelateerd is aan de segregatie van chromosomen. chromosomen en kinetochoor defect.

Het is momenteel bekend dat sommige regio's van de centromeren transcriptioneel actief zijn. Deze coderen voor kleine interferentie-RNA's, die deelnemen aan de transcriptionele silencing van sommige regio's van het genoom.

Deze kleine dubbelbandige RNA-transcripten van de pericentromere gebieden zijn essentieel voor de assemblage van heterochromatine en zijn de transcriptiegebieden om de stappen voorafgaand aan de celdeling te reguleren.

Referenties

1. Choo, KA (1997). Het centromeer (Deel 320). Oxford: Oxford University Press.
2. Fincham, JRS (2001). Centromere.
3. Fukagawa, T., en Earnshaw, WC (2014). Het centromeer: ​​chromatinefundament voor de kinetochoormachine. Ontwikkelingscel, 30 (5), 496-508.
4. Henikoff, S., Ahmad, K., en Malik, HS (2001). De centromere paradox: stabiele overerving met snel evoluerend DNA. Science, 293 (5532), 1098-1102.
5. Plohl, M., Meštrović, N., en Mravinac, B. (2014). Centromere identiteit vanuit het oogpunt van DNA. Chromosoom, 123 (4), 313-325.
6. Westhorpe, FG en Straight, AF (2015). Het centromeer: ​​epigenetische controle van chromosoomsegregatie tijdens mitose. Cold Spring Harbor-perspectieven in de biologie, 7 (1), a015818.