Diagrama dun cromosoma eucariótico duplicado e condensado (en metafase mitótica). (1) Cromátide, cada unha das partes idénticas dun cromosoma logo da duplicación do ADN. (2) Centrómero, o lugar do cromosoma no cal ambas as cromátides se tocan. (3) Brazo curto. (4) Brazo longo.|miniatura En bioloxía o centrómero é o estreitamento ou constrición primaria que separa os brazos dos cromosomas, e que, utilizando tinguiduras tradicionais, aparece menos tinguido ca o resto do cromosoma. É a zona pola que o cromosoma interacciona coas fibras do fuso acromático desde a profase á anafase, tanto na mitose coma na meiose, e é responsable de realizar e regular os movementos cromosómicos que teñen lugar durante estas fases. As estruturas centroméricas que interaccionan coas fibras do fuso denomínanse cinetocoros. Ademais, o centrómero contribúe á nucleación da unión das cromátides irmás. Na estrutura do centrómero interveñen tanto o ADN centromérico coma proteínas centroméricas.
No lévedo (Saccharomyces cerevisiae) o ADN centromérico consta unicamente de 125 pares de bases e está conservado entre os diferentes cromosomas. Porén, o ADN centromérico en metazoos pode constar de megabases, e non contén secuencias consenso doadamente identificables (ver a revisión de Choo en 1997). Malia as diferenzas entre o ADN centromérico de lévedos e metazoos, o cinetocoro ensámblase en ambos os casos sobre nucleosomas centroméricos que conteñen unha forma especializada de histona H3 (Cse4p en lévedos ou o seu homólogo CENP-A en metazoos).
O ADN centromérico organízase en forma de heterocromatina constitutiva, que permanece condensada en case todas as células somáticas dun organismo. Estas rexións son pobres en xenes e poden inducir a represión da expresión xénica das rexións adxacentes de maneira epixenética. Este fenómeno denomínase "variegación por efecto de posición" (en inglés PEV, por Position Effect Variegation). A aparición ocasional de centrómeros de novo (neocentrómeros) suxire que máis que a secuencia do ADN per se, a característica primaria dos centrómeros é a organización estrutural dos dominios centroméricos. A selección do centrómero pode ser tamén o resultado dun complexo número de parámetros, como o momento da súa replicación, a posición dentro do núcleo celular, así como outras características herdables da estrutura da cromatina.
O centrómero ten un comportamento diferente durante a anafase mitótica e a anafase I da meiose, de maneira que durante a anafase mitótica as cromátides irmás se separan e van a polos opostos da célula (segregación anfitélica) entanto que na anafase-I da meiose o que se separa a polos opostos son os cromosomas homólogos completos, cada un constituído por dúas cromátides (segregación sintélica).
Posición do centrómero Cada cromosoma posúe dous brazos, un longo (chamado q) e outro curto (chamado p) separados polo centrómero, os cales se conectan de forma metacéntrica, submetacéntrica, acrocéntrica, holocéntrica ou telocéntrica. Esta característica serve para clasificar os cromosomas atendendo á posición do centrómero nos seguintes tipos: Metacéntrico. Cromosoma co centrómero situado na metade do cromosoma, dando lugar a brazos de igual lonxitude. No cariotipo humano catro pares de cromosomas son metacéntricos, concretamente o 1, o 3, o 19 e o 20. Submetacéntrico. Cromosoma co centrómero algo desprazado do centro, de modo que un dos seus brazos é lixeiramente máis curto ca o outro. A maior parte dos cromosomas humanos son submetacéntricos, en concreto os seguintes pares: 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 16, 17 e 18 e mais o cromosoma X. Ademais, o cromosoma Y ás veces considérase submetacéntrico tamén, pero outros descríbeno como acrocéntrico sen satélite. Acrocéntrico. Cromosoma co centrómero moi próximo a un dos telómeros, cun brazo moi curto (p) e o outro longo (q). Son deste tipo os pares de cromosomas humanos 13, 14, 15, 21 e o 22 e actúan como organizadores nucleolares. Subtelocéntrico (e telocéntrico). Aínda que o concepto de cromosoma telocéntrico (centrómero no extremo) é amplamente aceptado e utilizado entre a comunidade científica"On the origin of telocentric chromosomes in mammals" Original Research Article. Hirotami T. Imai. Journal of Theoretical Biology, Volume 71, Issue 4, 20 de abril de 1978, páxinas 619-637, realmente, un cromosoma telocéntrico como tal non existe. Supostamente neste tipo de cromosomas o centrómero está localizado nun extremo do mesmo, mais a rexión telocéntrica non permite que molecularmente haxa outra estrutura ao final do cromosoma, polo que o telómero sempre está ao final. De feito, o acurtamento do telómero ou a súa ausencia total causa inestabilidade nos cromosomas e unha translocación robertsoniana."Telomere length and telomere-centromere relationships?" Original Research Article. P. Slijepcevic. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, Volume 404, Issues 1-2, 3 August 1998, Pages 215-220 Xa que logo, o termo telocéntrico é incorrecto e debe considerarse mellor o termo subtelocéntrico, o cal implica que o telómero (e non o centrómero) se sitúa ao final, aínda que non sexa visible, e que o centrómero está xusto despois. Ningún dos cromosomas humanos presenta esta característica; pero, por exemplo, os 40 cromosomas do rato común son subtelocéntricos.
Ademais dos tipos anteriores, existen cromosomas onde non se observa un centrómero ben definido, que son do seguinte tipo: Holocéntrico. Nos cromosomas holocéntricos toda a lonxitude do cromosoma actúa como centrómero, xa que non teñen constrición primaria nin un lugar concreto para a ensamblaxe do cinetocoro, o cal se ensambla de forma difusa por toda a lonxitude do cromosoma. Exemplos deste tipo de centrómero non se atopan no cariotipo humano, pero poden atoparse en diversas especies animais e vexetais. O exemplo mellor coñecido é o do verme nematodo Caenorhabditis elegans.
A secuencia centromérica Hai dous tipos de centrómero: rexionais e puntuais.
Os centrómeros rexionais son de gran lonxitude. Neles as secuencias de ADN contribúen á súa función pero non a determinan. Os centrómero rexionais conteñen grandes cantidades de ADN e están en xeral empaquetados formando heterocromatina. Na maioría dos eucariotas este centrómero non ten unha secuencia definida de ADN. Consiste tipicamente en grandes seccións de ADN repetitivo (por exemplo, ADN satélite) nos que a secuencia observada nos elementos repetidos individuais é similar mais non idéntica. Nos seres humanos, a unidade de repetición centromérica primaria chámase α-satélite (ou alfoide), aínda que se atoparon tamén outros tipos de secuencias nesta rexión.
Os centrómeros puntuais son máis pequenos e máis compactos. Neste caso as secuencias de ADN son necesarias e suficientes para especificar a identidade e a función do centrómero nos organismos que os teñen. Nos lévedos de xemación a rexión do centrómero é relativamente pequena (duns 125 pares de bases) e contén dúas secuencias de ADN moi conservadas que serven como sitios de unión para proteínas cinetocóricas esenciais.
Herdanza Dado que a secuencia do ADN non é o determinante na especificación dos centrómeros en metazoos, pénsase que a herdanza epixenética xoga un papel esencial na especificación do centrómero. Os cromosomas fillos forman os centrómeros no mesmo lugar cós cromosomas parentais, independentemente da secuencia. Suxírese que a histona H3 na súa variante CENP-A (Proteína do Centrómero A) é a marca epixenética dos centrómeros. A pregunta a responder é se hai algunha determinada vía pola cal se especifica o centrómero, mesmo se é ademais herdado epixeneticamente. Se o centrómero se herda epixeneticamente dunha xeración á seguinte, o problema hai que retrotraelo á orixe dos primeiros metazoos.
Estrutura do centrómero O ADN centromérico está normalmente en estado de heterocromatina, o cal é esencial para o recrutamento do complexo proteico da cohesina, que media no establecemento da cohesión entre as cromátides irmás despois da replicación do ADN, e na coordinación da separación das cromátides irmás durante a anafase. Nesta cromatina a histona normal H3 foi substituída por unha variante súa específica do centrómero, a CENP-A no caso humano. Crese que a presenza da CENP-A é importante para a ensamblaxe do cinetocoro no centrómero. Demostrouse que a CENP-C se localiza case exclusivamente nas rexións da cromatina asociadas á CENP-A. Nas células humanas encontrouse que as histonas están máis enriquecidas en H4K20me3 e H3K9me3, o cal se coñece como modificacións heterocromáticas.
No lévedo Schizosaccharomyces pombe (e probablemente noutros eucariotas), a formación de heterocromatina centromérica está relacionada co RNAi. En nematodos como Caenorhabditis elegans, nalgunhas plantas e nalgúns ordes de insectos como Lepidópteros e Hemípteros, os cromosomas son "holocentricos", o que significa que non hai un sitio primario para a unión dos microtúbulos nin unha constrición primaria, e ao longo de toda a lonxitude do cromosoma vaise formar un cinetocoro "difuso".
Aberracións centroméricas Nos humanos, en raros casos, poden formarse neocentrómeros en lugares novos do cromosoma. Identificáronse ata agora uns 90 neocentrómeros humanos en 20 cromosomas distintos. A formación dun neocentrómero debe estar acompañada ou seguida ou precedida pola inactivación do centrómero, xa que un cromosoma con dous centrómeros funcionais (cromosoma dicéntrico) sufriría unha rotura durante a mitose. Nalgúns casos raros observouse que os neocentrómeros humanos se formaban espontaneamente sobre cromosomas fragmentados. Algunhas destas novas posicións dos centrómeros eran orixinalmente eucromáticas e á vez carecían do ADN satélite alfa.
As proteínas do centrómero son tamén a diana autoantixénica para algúns anticorpos antinucleares, como os anticorpos anticentrómero.
Centrómeros en metazoos A determinación dos centrómeros de metazoos constitúe unha tarefa difícil. En animais e plantas, os centrómeros están incluídos en rexións de ADN satélite altamente repetido, que é difícil analizar mesmo cos métodos de mapeo máis potentes. Estas rexións de ADN satélite están incluídas en rexións de heterocromatina constitutiva, que se mantén silenciada na maior parte das células somáticas dun organismo. A ausencia maioritaria de xenes activos nas rexións centroméricas é unha característica que parece que se adquiriu progresivamente a través da evolución.
ADN satélite En Drosophila melanogaster a secuencia AATAACATAG está repetida en tándem en rexións próximas ao centrómero. Dado que estas secuencias curtas de 10 pb non son representativas do xenoma dunha especie, adoita suceder que o seu contido en G+C é diferente ao contido en G+C do resto do xenoma. Isto fai que cando o ADN dunha especie eucariota se centrifuga en gradiente de densidade de cloruro de cesio, apareza unha banda principal que contén a maior parte do ADN da especie e unha banda satélite (minoritaria) que está formada por unha secuencia curta de ADN repetida en tándem. O ADN satélite nalgunhas especies ten maior densidade que o ADN principal (maior contido en G+C) e noutras especies ten menor densidade e, xa que logo, menor contido en G+C que o ADN principal. Cando o ADN satélite de rato se marca radioactivamente e se realiza unha hibridación in situ co ADN de cromosomas metafásicos mitóticos, obsérvase que a marcaxe radioactiva (hibridación) se produce en rexións próximas ao centrómero. O ADN satélite tamén se denomina α-satélite e é un dos compoñentes do xenoma eucariótico que evoluciona máis rapidamente.
miniatura|500px|Esquema que mostra a organización do ADN satélite nos centrómeros humanos.