Una de las peores cosas que le puede pasar a una célula es terminar con la cantidad incorrecta de cromosomas. Esto puede suceder si algo sale mal durante la división celular, y puede provocar infertilidad, abortos espontáneos, defectos de nacimiento o cáncer.Se estima que el 30 por ciento de los abortos espontáneos se deben a un número incorrecto de cromosomas en las células del embrión.
El biólogo celular Needhi Bhalla estudia cómo los cromosomas se monitorean a sí mismos a lo largo de la coreografía compleja de la división celular para prevenir tales errores. Su investigación se centra en un tipo especial de división celular, llamada meiosis, que produce óvulos en las mujeres y esperma en los hombres. Este proceso esradicalmente diferente de la división celular por la cual las células ordinarias se multiplican llamada mitosis.
"Es importante saber cómo funcionan estos mecanismos biológicos básicos para que podamos entender lo que sucede cuando salen mal", dijo Bhalla, profesor asociado de biología molecular, celular y del desarrollo en la Universidad de California en Santa Cruz. "Sabemos que tener una incorrectala cantidad de cromosomas causa trastornos genéticos y defectos de nacimiento. Comprender cómo sucede eso puede ayudarnos a prevenirlo o identificar marcadores de diagnóstico para que las personas estén en una mejor posición para tomar decisiones sobre la salud reproductiva ".
Cuando considera todo lo que los cromosomas tienen que hacer durante la meiosis, es sorprendente que el proceso produzca un óvulo o esperma viable. Un paso clave, llamado recombinación, implica el intercambio de cromosomas en secciones enteras de ADN. Es como barajar una baraja de cartas,y es la razón por la que los hermanos pueden ser tan diferentes a pesar de tener los mismos padres.
"La recombinación implica cortar deliberadamente el ADN, por lo que es tenso y es muy interesante cómo las células han evolucionado para lidiar con eso. Tienes un mecanismo propenso a errores, y en capas es una estructura compleja para limitar los errores".Bhalla dijo.
¿Por qué la meiosis es un proceso tan elaborado y propenso a errores en primer lugar? Como con la mayoría de las cosas en biología, la respuesta está en la evolución y la selección natural. La reproducción sexual, con el barajado de las cubiertas mediante la recombinación durante la meiosis, genera eldiversidad genética en la descendencia que es la materia prima para la selección natural.
"La meiosis genera nuevas combinaciones genéticas, y la selección natural actúa sobre eso. Todo lo que vemos en la evolución es producto de lo que sucede en la meiosis", dijo Bhalla.
El sistema de monitoreo cromosómico que estudia involucra una serie de puntos de control para asegurar que cada paso de la meiosis se complete correctamente antes de que la célula pase al siguiente paso. Los puntos de control son mecanismos moleculares que pueden detener el ciclo celular hasta que todo esté en ordenel siguiente paso, e incluso pueden hacer que una célula se autodestruya si se han producido errores.
En la meiosis, hay muchos pasos para monitorear. La mayoría de las células del cuerpo tienen dos juegos de cromosomas, uno del padre y otro de la madre. Las células de óvulos y espermatozoides tienen solo un juego de cromosomas para que la fertilización,cuando el huevo y el esperma se fusionan, producirá un embrión con dos juegos de cromosomas. Una función clave de la meiosis, entonces, es lograr esa reducción a un juego de cromosomas. Comienza con el emparejamiento de cromosomas homólogos: el cromosoma 19 de la madre se empareja concromosoma 19 de papá, etc.
Cuando los cromosomas homólogos se emparejan, ensamblan una estructura llamada complejo sinaptonemal que los mantiene unidos. En ese punto, la recombinación baraja las cubiertas genéticas cuando los dos cromosomas homólogos intercambian secciones de ADN. Luego el complejo sinaptonemal se descompone y los cromosomas homólogossegregar en dos células hijas. Y eso es solo la primera parte.
"Hay un punto de control que asegura que los cromosomas estén correctamente sincronizados, un punto de control que monitorea la recombinación, otro que asegura que los cromosomas estén unidos al aparato que los separará, y así sucesivamente", dijo Bhalla.
La segunda parte de la meiosis implica la separación de cromosomas duplicados. Antes de que comience la meiosis o la mitosis, todos los cromosomas hacen copias de sí mismos, y las copias llamadas cromátidas hermanas se mantienen juntas. Durante la mitosis y la segunda etapa de la meiosis, ellas cromátidas hermanas se segregan en células hijas separadas.
En un nuevo estudio, publicado el 4 de octubre en Biología actual , el laboratorio de Bhalla estudió una molécula de punto de control llamada shugoshin, que significa "espíritu guardián" en japonés. Shugoshin fue originalmente identificado como importante en la meiosis para regular cómo las cromátidas hermanas se mantienen juntas en una estructura llamada centrómero. El laboratorio de Bhalla descubrió que en realidadjuega un papel mucho más amplio en la meiosis, configurando la estructura correcta de los cromosomas y asegurando la progresión adecuada de la recombinación.
"Estas proteínas son multitarea, y las células las usan para múltiples funciones para hacer que los cromosomas hagan cosas increíblemente diferentes en diferentes contextos", dijo Bhalla.
Los cromosomas contienen el modelo genético de un organismo en su ADN, pero el ADN es solo una parte de una estructura cromosómica altamente compleja que involucra muchas proteínas diferentes con diferentes funciones, desde empacar el ADN hasta monitorear el comportamiento del cromosoma mismo.
"Los cromosomas participan en el monitoreo de su propio comportamiento. Hay una belleza en eso, porque son participantes activos donde uno esperaría que fueran pasivos", dijo Bhalla. "Cuando ve la división celular, con los cromosomas alineados ysegregando, parece que son pasivos, pero sabemos que son participantes activos, y su estructura contribuye a eso ".
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Materiales proporcionados por Universidad de California - Santa Cruz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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