O cinetocoro é unha estrutura proteica situada sobre os cromosomas, xeralmente sobre a zona do centrómero. Sobre esta estrutura é onde se ancoran os microtúbulos do fuso acromático durante os procesos de división celular (meiose e mitose). En vertebrados e lévedos os cinetocoros son estruturas discretas e únicas en cada cromosoma, pero existen organismos (como o verme nematodo C. elegans) que presentan cinetocoros difusos ao longo dos brazos cromosómicos: son os denominados cromosomas holocéntricos.
Os cinetocoros inician, controlan e supervisan os movementos dos cromosomas durante a división celular. En canto á súa estrutura, os cinetocoros das células animais poden subdividirse en dúas rexións: o cinetocoro interno organízase normalmente sobre secuencias de ADN moi repetitivas (o ADN satélite) e ensámblase nunha forma especializada de cromatina que persiste durante o ciclo celular. o cinetocoro externo é unha estrutura proteica con moitos compoñentes dinámicos que se ensambla e funciona só durante a división celular.
Entre as funcións do cinetocoro están a ancoraxe dos cromosomas aos microtúbulos do fuso acromático, a verificación destas ancoraxes, a activación do checkpoint ou punto de control da mitose (un mecanismo de control que atrasa a saída da mitose se se detectan fallos) e a participación na xeración das forzas que propulsan os movementos cromosómicos durante a división celular.
Os microtúbulos son polímeros metaestables de tubulina-α e β que alternan entre fases de crecemento e despolimerización, un fenómeno que se coñece como "inestabilidade dinámica". A natureza dinámica do comportamento dos microtúbulos está integrada coa función dos cinetocoros para así poder mover e segregar (separar) os cromosomas.
Estrutura do cinetocoro en animais O cinetocoro está composto por distintas capas, que se observaron inicialmente por métodos convencionais de fixación e tinguidura de microscopia electrónica (revisado por C. Rieder en 1982), e máis recentemente por conxelación rápida e substitución.
miniatura|700px|Estrutura e compoñentes dos cinetocoros en vertebrados. Baseado en Maiato et al. (2004).
A capa máis profunda do cinetocoro é a lámina interna, que se organiza sobre unha estrutura de cromatina que contén nucleosomas que presentan unha histona especializada (CENP-A, que substitúe á histona H3 máis común nesta zona), proteínas auxiliares e ADN. A organización deste ADN é un dos aspectos máis descoñecidos do cinetocoro de vertebrados. A placa interna aparece como un dominio de heterocromatina discreto ao longo de todo o ciclo celular. Por fóra desta placa aparece a placa externa, composta sobre todo por proteínas. Esta estrutura fórmase na superficie dos cromosomas no momento da rotura da envoltura nuclear. A placa externa dos cinetocoros de vertebrados ten arredor de 20 sitios de ancoraxe para os extremos (+) dos microtúbulos (denominados kMTs, por kinetochore microtubules), entanto que a placa externa dos cinetocoros do lévedo Saccharomyces cerevisiae ten un só sitio de ancoraxe. A zona máis externa do cinetocoro forma unha coroa fibrosa que pode visualizarse por microscopía convencional, mais só en ausencia de microtúbulos. Esta coroa está formada por unha rede dinámica de proteínas residentes e temporais que están implicadas no punto de control da mitose, na ancoraxe de microtúbulos e na regulación do comportamento destes.
Durante a mitose, cada unha das dúas cromátides irmás que forman o cromosoma completo presenta o seu propio cinetocoro. Os cinetocoros irmáns distintos poden verse por primeira vez ao final da fase G2 en células cultivadas de mamíferos. Estes cinetocoros temperáns presentan unha estrutura laminar madura antes da rotura da envoltura nuclear (revisado por Pluta e colaboradores en 1995). A ruta molecular de ensamblaxe dos cinetocoros dos eucariotas superiores estudouse utilizando knockouts de xenes en ratos e en células de polo en cultivo, e con técnicas de ARN interferente (RNAi) en C. elegans, Drosophila e células humanas. Porén, ningunha ruta lineal simple pode describir os datos obtidos.
miniatura|350px| Fotografías de microscopia de fluorescencia, que mostran a localización da proteína endóxena humana Mad1 (un dos compoñentes do punto de control da mitose, en verde) durante as diferentes fases da mitose. Cenp-B (en vermello) é un marcador do centrómero, e DAPI (en azul) tingue o ADN.
A primeira proteína que se ensambla no cinetocoro é CENP-A (Cse4 en Saccharomyces cerevisiae). Esta proteína é unha isoforma especializada da histona H3. A proteína CENP-A cómpre para a incorporación das proteínas do cinetocoro interno CENP-C, CENP-H e CENP-I/MIS6. As posicións relativas destas proteínas na ruta dependente de CENP-A non están completamente claras. Por exemplo, a localización de CENP-C require CENP-H en células de polo, pero é independente de CENP-I/MIS6 en células humanas. En C. elegans e en metazoos, a incorporación de moitas proteínas do cinetocoro externo depende en último termo de CENP-A.
Os compoñentes do cinetocoro poden agruparse en función da súa localización ao longo do ciclo celular. Os compoñentes constitutivos, como CENP-A, CENP-C, CENP-H e CENP-I, están unidos á cromatina asociada ao cinetocoro durante todo o ciclo, mentres que outros compoñentes só se asocian ao cinetocoro ao comezar a profase.
As proteínas do cinetocoro tamén poden agruparse en función de se a súa concentración cinetocórica permanece constante ou varía durante a mitose, e da súa reciclaxe de forma lenta (son estables) ou rápida (dinámicas) nos seus sitios de unión nos cinetocoros.
Entre as proteínas que permanecen en niveis practicamente estables desde a profase ata a anafase tardía están os compoñentes constitutivos da placa interna e os compoñentes estables do cinetocoro externo, tales como o complexo Ndc80, as proteínas KNL/KBP (kinetochore-null/KNL-binding protein), proteínas MIS e CENP-F. Conxuntamente cos compoñentes constitutivos, estas proteínas parecen formar o núcleo central das estruturas das placas interna e externa do cinetocoro. Os compoñentes dinámicos que cambian de concentración durante a mitose inclúen os motores moleculares CENP-E e dineína (ademais dos seus compoñentes diana ZW10 e ROD), e as proteínas do punto de control da mitose (como Mad1, Mad2, BubR1 e Cdc20). Estas proteínas ensámblanse no cinetocoro en altas concentracións en ausencia de microtúbulos e a súa concentración diminúe a medida que aumenta o número de microtúbulos ancorados ao cinetocoro. Na metafase, os niveis de CENP-E, Bub3 e Bub1 diminúen de 3 a 4 veces con relación aos presentes en cinetocoros no ancorados, e os niveis de dineína/dinactina, Mad1, Mad2 e BubR1 caen >10-100 veces. As proteínas do punto de control da mitose presentes na placa externa do cinetocoro diminúen a súa concentración cando os microtúbulos se ancoran, pero outros compoñentes como EB1, APC e as proteínas da ruta Ran (RanGap1 e RanBP2) asócianse cos cinetocoros só cando os microtúbulos se ancoran. Isto podería ser parte dun mecanismo do cinetocoro que recoñece o extremo (+) dos microtúbulos, asegura que están ancorados correctamente e regula o seu comportamento dinámico mentres permanecen ancorados.
Un estudo de 2010 utilizou un método complexo denominado proteómica combinatoria con clasificadores múltiples (ou MCCP, multiclassifier combinatorial proteomics) para analizar a composición proteica dos cromosomas completos de vertebrados, incluíndo o cinetocoro. Aínda que este estudo non inclúe un proceso bioquímico de enriquecemento en cinetocoros, os datos obtidos inclúen todos os subcomplexos centroméricos, con péptidos procedentes de 125 proteínas centroméricas coñecidas. Segundo este estudo, aínda se descoñecen arredor dunha centena de proteínas asociadas ao cinetocoro, o que duplica a complexidade da estrutura coñecida durante a mitose, confirmando que o cinetocoro é unha das subestruturas máis complexas da célula.
Funcións dos cinetocoros O número de microtúbulos que se unen a un cinetocoro é variable: no lévedo Saccharomyces cerevisiae só se une ao cinetocoro un microtúbulo, pero nos mamíferos superiores a cada cinetocoro se unen entre 15 e 35 microtúbulos. Porén, non todos os microtúbulos do fuso acadan os cinetocoros. Hai microtúbulos que se estenden desde un centrosoma ao outro (dos que depende a lonxitude do fuso) e outros máis curtos que están interdixitados entre os microtúbulos longos. O profesor B. Nicklas, na Universidade de Carolina do Norte, demostrou que se rompemos a unión entre os microtúbulos e os cinetocoros por medio dun raio láser, as cromátides non poden moverse, producíndose unha distribución anormal dos cromosomas. Estes experimentos demostraron tamén que o cinetocoro ten polaridade e que a súa interacción cos microtúbulos dun ou outro centrosoma dependerá da súa orientación. Esta especificidade garante que soamente unha das cromátides se mova cara a cada lado do fuso, asegurando a distribución axeitada do material xenético. Unha das funcións básicas do cinetocoro é, por tanto, a ancoraxe aos microtúbulos do fuso, que é fundamental para realizar unha correcta segregación de cromátides. Se a ancoraxe se produce de forma incorrecta, poden orixinarse erros que xeren aneuploidías, con drásticas consecuencias para a célula. Para evitalo, existen mecanismos de detección e corrección de erros (como o punto de control de mitose), cuxos compoñentes tamén residen nos cinetocoros. O desprazamento dunha cromátide cara ao centrosoma prodúcese fundamentalmente por despolimerización dos microtúbulos no sitio de unión co cinetocoro. Ditos desprazamentos precisan ademais a xeración de forzas nas que interveñen motores moleculares localizados ígualmente nos cinetocoros.
Ancoraxe dos cromosomas aos microtúbulos do fuso
Captura de microtúbulos miniatura|350px|Os cromosomas engánchanse ao fuso por medio dos cinetocoros de ambas as cromátides irmás, cunha orientación bipolar. Durante a fase de síntese (fase S) da interfase do ciclo celular, o centrosoma comeza a duplicarse. Xusto ao inicio da mitose, ambos os centríolos de cada centrosoma chegan á súa lonxitude máxima, os centrosomas recrutan material adicional e a súa capacidade de nucleación de microtúbulos aumenta. A medida que progresa a mitose, ambos os centrosomas se separan para establecer o fuso acromático. Desta forma, o fuso dunha célula mitótica ten dous polos dos que emanan microtúbulos. Os microtúbulos son longos filamentos proteicos con dous extremos asimétricos, un extremo "menos" (-) relativamente estable próximo ao centrosoma, e un extremo "mais" (+) que sofre fases alternadas de crecemento-retroceso e que explora o centro da célula. Neste proceso de procura dun cromosoma, un microtúbulo pode localizar e capturar un cromosoma. Os microtúbulos que localizan un cinetocoro estabilízanse, e os que non o encontran sofren unha rápida despolimerización. Como os cromosomas presentan dous cinetocoros asociados un de costas ao outro (un en cada cromátide irmá), cando un deles se engancha a un microtúbulo xerado por un dos polos celulares, o cinetocoro da cromátide irmá queda exposto cara ao outro polo celular, polo que na maior parte dos casos o segundo cinetocoro asóciase aos microtúbulos do polo oposto, de maneira que os cromosomas quedan biorientados, unha configuración, tamén denominada anfitélica, que é fundamental para asegurar que a segregación terá lugar de maneira correcta cando a célula se divida.
esquerda|Esquema da progresión do ciclo celular entre a prometafase e a anafase.