UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

En el núcleo de nuestras células, se lleva a cabo un proceso molecular que garantiza la correcta transmisión de la información genética, empaquetada en los cromosomas durante la división celular. Cada cromosoma humano contiene una sola copia de una molécula de ADN extremadamente larga que se duplica en el período interfásico del ciclo celular. Durante la mitosis cada célula se divide en dos células hijas genéticamente idénticas a través varias fases: profase, prometafase, metafase, anafase y citocinesis.

Al comienzo de la mitosis, los pares de moléculas de ADN resultantes se empaquetan en los cromosomas, que son visibles en la profase. Durante la prometafase, estas moléculas de ADN se separan, dando lugar a dos cromátidas hermanas completamente resueltas en la metafase. Luego, durante la anafase, las dos cromátidas unidas a los microtúbulos son arrastradas hacia los polos opuestos del huso mitótico (red tridimensional de microtúbulos organizados de manera bipolar) y, finalmente, la citocinesis produce dos células hijas.

En la célula viva, el ADN está asociado con las proteínas histonas y forman largos filamentos de cromatina que contienen miles de nucleosomas, que son partículas cilíndricas con dimensiones nanométricas (11 nm de diámetro y 5,7 nm de altura) conectadas entre sí mediante segmentos cortos de ADN. La resolución de las cromátidas hermanas requiere la separación de las dos cadenas de ADN duplicado sin causar ningún daño a la secuencia de ADN original. Además, el ADN desnudo y los filamentos de cromatina en solución muestran una gran tendencia a enredarse. Por lo tanto, durante la replicación del ADN y la resolución de las cromátidas hermanas, la célula debe organizar adecuadamente los filamentos de cromatina para evitar entrelazamientos intra- e inter-moleculares.

Estudios previos en el Laboratorio de Cromatina (Departamento de Bioquímica y Biología Molecular) indicaron que la estructura cromosómica consta de muchas capas apiladas formadas por el filamento de cromatina plegado como una lámina plana que tiene un espesor de aproximadamente 6 nm, correspondiente a nucleosomas ligeramente inclinados. Teniendo en cuenta que esta estructura está unida covalentemente con una sola molécula de ADN en cada cromosoma, y que diversos resultados mostraron que los cromosomas tienen una morfología helicoidal, hemos propuesto que las capas de cromatina forman un helicoide continuo dentro del cromosoma. De esta manera, la ausencia de entrelazamientos entre las capas sucesivas de este helicoide puede facilitar la replicación del ADN y, presumiblemente, la replicación completa del ADN original produce un doble helicoide que se empaqueta dentro del cromosoma en profase._{En la figura adjunta se representa esquemáticamente la hipótesis del trabajo sobre la participación de las fuerzas bipolares de los microtúbulos del uso mitótico en la resolución de las cromátidas hermanas. Parte de las capas de cromatina correspondientes a los dos filamentos de cromatina replicados en un cromosoma en prometafase están representadas, respectivamente, con nucleosomas verdes y marrones (el ADN que conecta los nucleosomas de cada capa no se muestra en este esquema).} 

En el presente trabajo hemos planteado la hipótesis de que las fuerzas de tracción del huso bipolar pueden provocar el deslizamiento de las capas de cromatina alternas en direcciones opuestas, facilitando así la resolución de las cromátidas hermanas. Esta hipótesis está respaldada por dos condiciones favorables adicionales: (1) la orientación (paralela a las capas apiladas) de los microtúbulos es adecuada para producir el deslizamiento de las capas en direcciones opuestas, y (2) la resistencia viscosa al deslizamiento causada por las interacciones débiles entre nucleosomas en capas adyacentes puede superarse mediante las fuerzas de tracción de los microtúbulos. 

En contraste con los múltiples entrelazamientos topológicos que pueden producirse en filamentos de cromatina desorganizados, cada vuelta del doble helicoide genera solamente un enlace topológico que puede ser eliminado mediate topoisomerasa II (enzima abundante en los cromosomas mitóticos). Luego, el apilamiento espontáneo de todas las capas de cromatina de cada cromátida da lugar a las dos cromátidas hermanas completamente resueltas. Además, creemos que este mecanismo basado en el deslizamiento de capas producido por fuerzas bipolares de los microtúbulos y la formación de estructuras finales estables también podría estar implicado en la segregación de los cromosomas homólogos recombinados durante la formación de células reproductoras (meiosis).