La struttura proteica del cromosoma, cinetocore
Ogni cromosoma presenta una struttura proteica complessa chiamata cinetocore, formata da diverse subunità peptidiche. A livello del centromero se ne trovano due, uno per ciascun cromatidio (subunità del cromosoma). Le due copie presenti sono però indipendenti fra di loro quando esercitano la loro funzione, ovvero durante la divisione cellulare (meiosi o mitosi).
A scoprire queste strutture fu il biologo tedesco Walther Flemming nel 1880, che esaminandole le definì come delle costrizioni primarie dei cromosomi. Quando si osservano al microscopio è evidente una strozzatura verso il centro dei cromatidi dove si posizionano le proteine che le compongono.
Come è fatto il cinetocore
A comporre questo elemento dalla struttura a disco troviamo più di 100 proteine diverse nel caso dei cromosomi umani. la maggior parte di queste sono varianti specializzate delle proteine istoniche, a cui sono molto simili. Analizzandolo più attentamente possiamo osservare che è formato da tre strati diversi, che vediamo di seguito:
- Strato interno. Si tratta della parte più vicina alla cromatina, con cui è a contatto diretto. Quando viene esaminato al microscopio elettronico si nota che si tratta di uno strato elettrontrasparente, infatti appare molto più chiaro degli altri due. Tra le proteine che lo formano si trova CENP-A, una variante dell’istone H3.
- Strato proteico intermedio. Costituisce la parte centrale del cinetocore, tra lo strato interno e quello elettrondenso. A formarlo ci sono proteine regolatrici che hanno un ruolo importante per coordinare le funzioni della struttura. In più regolano come interagiscono fra di loro le proteine degli altri due strati.
- Strato superficiale elettrondenso. I peptidi che formano questo strato si aggiungono alla struttura soltanto durante le meiosi o la mitosi. Una volta che la divisione cellulare risulta completa si disassemblano per tornare alla divisione cellulare successiva. Il loro ruolo è mediare l’ancoraggio con le fibre dei microtubuli della cellula.
Il ruolo nella metafase della meiosi
Tradotto dal greco, cinetocore significa “lavoro di spostamento“, un’espressione che descrive alla perfezione il ruolo che ha durante una delle fasi della divisione cellulare.
Per la precisione entra in gioco quando si forma il fuso meiotico (struttura presente anche nella mitosi, in cui è detto mitotico). Al suo assemblaggio contribuiscono delle strutture del citoscheletro chiamate microtubuli.
Si tratta di filamenti di tubulina, una proteina formata a sua volta da due subunità denominate con le lettere greche α e β. I microtubuli si attaccano ai cromosomi nella loro regione centrale (centromero). Qui si trovano anche le due copie della struttura che stiamo studiando, una per ciascun cromatidio. Tutto ciò avviene durante la metafase, quando i cromosomi si trovano sul piano equatoriale della cellula.
Il cinetocore quindi non è altro che un punto di ancoraggio per i microtubuli del fuso, che attaccandosi formano un complesso unico. Nella fase successiva della meiosi, ossia l’anafase, i cromatidi fratelli migrano ai poli opposti. Il centromero che li teneva uniti si spezza e sono i movimenti dei microtubuli fissati nella metafase a favorire questa separazione.
Una volta separati i due cromatidi diventeranno il cromosoma materno o paterno che riceverà lo zigote. Stiamo naturalmente parlando della meiosi II perché durante la prima divisione cellulare ad appaiarsi sono i cromosomi omologhi. Durante la metafase I avviene il crossing-over, ed è sempre il fuso meiotico a separare i cromosomi.
Il cinetocore negli organismi modello unicellulari e invertebrati
Trattandosi di un organismo eucariote, seppur unicellulare, ha un proprio corredo cromosomico contenuto nel nucleo. E a livello del centromero dei suoi cromosomi si può notare che c’è una regione conservata di tre elementi funzionali. Questi servono a organizzare le proteine del cinetocore, che è visibile al microscopio durante le divisione cellulare.
Passando a un organismo diverso ma sempre appartenente ai funghi unicellulari come Schizosaccharomyces pombe notiamo che qui questa struttura è più complessa. Il DNA del centromero di S. cerevisiae che codifica per le proteine cinetocoriali è di sole 125 paia di basi, ma qui ne troviamo almeno 40.000. Anche la struttura che andranno a comporre quindi sarà più elaborata.
Un caso molto particolare passando a organismi pluricellulari è quello del nematode Caenorhabditis elegans, un verme parassita. Diversamente da quanto avviene per i cromosomi umani può assemblare la struttura lungo tutto il cromatidio, perciò non per forza a livello della zona centrale. Si parla infatti di cromosomi olocentrici (significa che l’intera lunghezza è “il centro”).
