Segregación cromosómica

La segregación cromosómica es el proceso en eucariotas mediante el cual dos cromátidas hermanas, o cromosomas homólogos pareados, formadas como consecuencia de la replicación del ADN, se separan y migran a polos opuestos del núcleo. Este proceso de segregación ocurre tanto durante la mitosis como durante la meiosis. La segregación cromosómica también ocurre en procariotas. Sin embargo, a diferencia de la segregación cromosómica en eucariotas, la replicación y la segregación no están separadas temporalmente. En cambio, la segregación ocurre progresivamente después de la replicación.

Durante la mitosis, la segregación cromosómica ocurre rutinariamente como un paso en la división celular (véase el diagrama de la mitosis). Como se indica en el diagrama de la mitosis, la mitosis es 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 llamado cohesina. Tras una 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, antes denominada cromátida, ahora se denomina cromosoma.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 (p. ej., un conjunto paterno y uno materno). Durante la fase de la meiosis etiquetada como "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 de dos copias llamadas cromátidas. Estos cromosomas (cromátidas pareadas) luego se aparean con el cromosoma homólogo (también cromátidas pareadas) presente en el mismo núcleo (ver profase I en el diagrama de meiosis). El proceso de alineación de cromosomas homólogos pareados se llama sinapsis (ver Sinapsis). Durante la sinapsis, generalmente ocurre la recombinación genética. Algunos eventos de recombinación ocurren por entrecruzamiento (que implica intercambio físico entre dos cromátidas), pero la mayoría de los eventos de recombinación implican intercambio de información, pero no intercambio físico entre dos cromátidas (véase la hibridación de cadenas dependiente de síntesis [SDSA]). Tras la recombinación, se produce la segregación cromosómica, como lo indican las etapas metafase I y anafase I en el diagrama de la meiosis.Los diferentes pares de cromosomas se segregan independientemente, un proceso denominado «distribución independiente de cromosomas no homólogos». Este proceso da como resultado que cada gameto contenga generalmente una mezcla de cromosomas de ambos progenitores originales.La segregación cromosómica inadecuada (véase no disyunción, disomía) puede dar lugar a gametos aneuploides con muy pocos o demasiados cromosomas.La segunda etapa de la meiosis, en la que se produce la segregación, es la profase II (véase el diagrama de la meiosis). Durante esta etapa, la segregación se produce mediante un proceso similar al de la mitosis, salvo que en este caso la profase II no está precedida por una ronda de replicación del ADN. Así, las dos cromátidas que componen cada cromosoma se separan en núcleos diferentes, de modo que cada núcleo recibe un único conjunto de cromátidas (ahora llamadas cromosomas) y cada núcleo queda incluido en un gameto haploide (véanse las etapas posteriores a la profase II en el diagrama de la meiosis). Este proceso de segregación también se ve facilitado por la cohesina. Un fallo en la segregación adecuada durante la profase II también puede dar lugar a gametos aneuploides. Los gametos aneuploides pueden someterse a la fecundación para formar cigotos aneuploides, lo que puede tener graves consecuencias para la descendencia.

La recombinación cromosómica meiótica (CO) facilita la segregación adecuada de los cromosomas homólogos. Esto se debe a que, al final de la profase meiótica I, la recombinación CO proporciona un enlace físico que mantiene unidos los pares de cromosomas homólogos. Estos enlaces se establecen mediante quiasmas, que son las manifestaciones citológicas de la recombinación CO. Junto con el enlace de cohesión entre cromátidas hermanas, la recombinación CO puede ayudar a asegurar la segregación ordenada de los cromosomas homólogos emparejados hacia polos opuestos. En apoyo de esto, un estudio de aneuploidía en espermatozoides individuales mediante secuenciación del genoma completo encontró que, en promedio, los espermatozoides humanos con autosomas aneuploides presentan significativamente menos entrecruzamientos que las células normales. Después de que se completa la primera segregación cromosómica en la meiosis I, hay una mayor segregación cromosómica durante la segunda división ecuacional 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 intermediarios de la unión de Holliday. Como se indica en la figura titulada "Un modelo actual de recombinación meiótica", la formación de entrecruzamientos meióticos puede iniciarse mediante una rotura de doble cadena (DSB). La introducción de DSB en el ADN a menudo emplea la proteína SPO11, similar a la topoisomerasa. La recombinación de CO también puede iniciarse por fuentes externas de daño al ADN, como la radiación X, o por fuentes internas.Existe evidencia de que la recombinación de CO facilita la segregación cromosómica meiótica. Sin embargo, otros estudios indican que los quiasmas, si bien contribuyen a la segregación cromosómica meiótica, no son esenciales para ella. La levadura en gemación Saccharomyces cerevisiae es un organismo modelo utilizado para estudiar la recombinación meiótica. Se observó que mutantes de S. cerevisiae deficientes en la recombinación de CO a nivel de la resolución de la unión de Holliday experimentaban una segregación cromosómica adecuada de forma eficiente. La vía que produce la mayoría de los CO en S. cerevisiae, y posiblemente en mamíferos, involucra un complejo de proteínas que incluye el heterodímero MLH1-MLH3 (denominado MutL gamma). MLH1-MLH3 se une preferentemente a las uniones de Holliday. Es una endonucleasa que produce roturas monocatenarias en el ADN bicatenario superenrollado y promueve la formación de recombinantes de CO. Los mutantes dobles con eliminación de MLH3 (vía principal) y MMS4 (necesaria para una vía secundaria de resolución de la unión de Holliday) mostraron una reducción drástica del entrecruzamiento 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 ser mayoritariamente funcional.Las proteínas MSH4 y MSH5 forman una estructura heterooligomérica (heterodímero) en S. cerevisiae y en humanos. En S. cerevisiae, MSH4 y MSH5 actúan específicamente para facilitar los entrecruzamientos entre cromosomas homólogos durante la meiosis. El complejo MSH4/MSH5 une y estabiliza las uniones dobles de Holliday y promueve su resolución en productos de entrecruzamiento. Un mutante hipomórfico (parcialmente funcional) MSH4 de S. cerevisiae mostró una reducción del 30 % en el número de entrecruzamientos a nivel genómico y un gran número de meiosis con cromosomas sin intercambio. Sin embargo, este mutante dio lugar a patrones de viabilidad de esporas que sugieren que la segregación de cromosomas sin intercambio se produjo de forma eficiente. Por lo 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 aquiasmática). Esta capacidad depende de la dineína, un motor microtubular que regula el movimiento de los cromosomas hacia los polos del huso meiótico.

• Ciclo de células
• segregación de cromosomas no aleatorios