Cinetoplasto - Kinetoplast
Un cinetoplasto es una red de ADN circular (llamado kADN) dentro de una mitocondria grande que contiene muchas copias del genoma mitocondrial . La estructura de cinetoplasto más común es un disco, pero se han observado en otras disposiciones. Los cinetoplastos solo se encuentran en Excavata de la clase Kinetoplastida . La variación en las estructuras de los cinetoplastos puede reflejar relaciones filogénicas entre cinetoplastidos. Un cinetoplasto suele estar adyacente al cuerpo basal flagelar del organismo , lo que sugiere que está estrechamente unido al citoesqueleto . En Trypanosoma brucei, esta conexión citoesquelética se denomina complejo de unión tripartita e incluye la proteína p166 .
Tripanosoma
En los tripanosomas , un grupo de protozoos flagelados, el cinetoplasto existe como un gránulo denso de ADN dentro de la gran mitocondria. Trypanosoma brucei , el parásito que causa la tripanosomiasis africana (enfermedad del sueño africana), es un ejemplo de tripanosoma con cinetoplasto. Su cinetoplasto es fácilmente visible en muestras teñidas con DAPI , una tinción de ADN fluorescente , o mediante el uso de hibridación in situ fluorescente (FISH) con BrdU, un análogo de timidina .
Estructura
El cinetoplasto contiene ADN circular en dos formas, maxicircles y minicircles . Los maxicírculos tienen un tamaño de entre 20 y 40 kb y hay unas pocas docenas por cinetoplasto. Hay varios miles de minicírculos por cinetoplasto y tienen un tamaño de entre 0,5 y 1 kb. Los maxicírculos codifican los productos proteicos típicos necesarios para la mitocondria que está encriptada. Aquí radica la única función conocida de los minicírculos: la producción de ARN guía (ARNg) para decodificar esta información maxicírica encriptada, generalmente mediante la inserción o eliminación de residuos de uridina . La red de maxicírculos y minicírculos están encadenados para formar una red plana que se asemeja a una cota de malla . La reproducción de esta red requiere entonces que estos anillos se desconecten del cinetoplasto parental y luego se vuelvan a conectar en el cinetoplasto hijo. Este modo único de replicación del ADN puede inspirar posibles objetivos farmacológicos .
La estructura del kDNA mejor estudiada es la de Crithidia fasciculata , un disco catenado de maxicírculos y minicírculos circulares de kDNA, la mayoría de los cuales no están superenrollados . En el exterior del disco de kDNA, pero directamente adyacentes, hay dos complejos de proteínas situados a 180 ° entre sí y que participan en la replicación de minicírculos.
Variaciones
También se han observado variaciones de las redes de cinetoplasto y se describen por la disposición y ubicación de su kDNA.
- Un cinetoplasto pro-kDNA es una estructura en forma de haz que se encuentra en la matriz mitocondrial próxima al cuerpo basal flagelar. En contraste con la red de kDNA convencional, un cinetoplasto pro-kDNA contiene muy poca catenaria y sus maxicírculos y minicírculos están relajados en lugar de superenrollados. Se ha observado pro-kDNA en Bodo saltans , Bodo designis , Procryptobia sorokini syn. Bodo sorokini , Rhynchomonas nasuta y Cephalothamnium cyclopi .
- Un cinetoplasto de poli-kDNA es similar en estructura de kDNA a un cinetoplasto de pro-kDNA. Contiene poca catenaria y ningún superenrollamiento. La característica distintiva del poli-kDNA es que en lugar de estar compuesto por un solo haz globular como en el pro-kDNA, el poli-kDNA se distribuye entre varios focos discretos a lo largo de la luz mitocondrial. Se ha observado poli-kDNA en Dimastigella trypaniformis (un comensal en el intestino de una termita ), Dismastigella mimosa (un cinetoplasto de vida libre) y Cruzella marina (un parásito del intestino de una ascidia ).
- Un cinetoplasto pan-kDNA , como el poli-kDNA y el pro-kDNA, contiene un menor grado de catenación, pero contiene minicírculos superenrollados. Los cinetoplastos pan-kDNA llenan la mayor parte de la matriz mitocondrial y no se limitan a focos discretos como el poli-kDNA. Se ha observado Pan-kDNA en Cryptobia helicis (un parásito del receptaculum seminis de los caracoles ), Bodo caudatus y Cryptobia branchialis (un parásito de los peces ).
- Un cinetoplasto de mega-kDNA se distribuye de manera bastante uniforme por toda la matriz mitocondrial, pero no contiene minicírculos. En cambio, secuencias de kDNA similares en secuencia a otros minicírculos de cinetoplasto están conectadas en tándem en moléculas más grandes de aproximadamente 200 kb de longitud. Se han observado mega-kDNA (o estructuras similares a mega-kDNA) en Trypanoplasme borreli (un parásito de los peces) y Jarrellia sp. (un parásito de ballenas ).
La presencia de esta variedad de estructuras de kDNA refuerza la relación evolutiva entre las especies de cinetoplástidos. Como pan-kDNA se parece más a un plásmido de ADN , puede ser la forma ancestral del kDNA.
Replicación
La replicación del cinetoplasto ocurre simultáneamente a la duplicación del flagelo adyacente y justo antes de la replicación del ADN nuclear . En una red tradicional de kDNA de Crithidia fasciculata , el inicio de la replicación se promueve mediante la desvinculación de los minicírculos de kDNA a través de la topoisomerasa II . Los minicírculos libres se liberan en una región entre el cinetoplasto y la membrana mitocondrial llamada zona cinetoflagelar (KFZ). Después de la replicación, los minicírculos migran por mecanismos desconocidos a los complejos de proteínas antípodas que contienen varias proteínas de replicación, incluidas una endonucleasa , helicasa , ADN polimerasa , ADN primasa y ADN ligasa , que inician la reparación de las discontinuidades restantes en los minicírculos recién replicados.
Este proceso ocurre un minicírculo a la vez, y solo un pequeño número de minicírculos se desvinculan en un momento dado. Para hacer un seguimiento de qué minicírculos se han replicado, al reincorporarse a la red de kDNA queda un pequeño hueco en los minicírculos nacientes, que los identifica como ya replicados. Los minicírculos que aún no se han replicado siguen estando covalentemente cerrados. Inmediatamente después de la replicación, cada progenie se une a la red de kDNA próxima a los complejos de proteínas antípodas y los huecos se reparan parcialmente.
A medida que avanza la replicación del minicírculo, para evitar la acumulación de nuevos minicírculos, toda la red de kDNA rotará alrededor del eje central del disco. Se cree que la rotación está directamente relacionada con la replicación del flagelo adyacente, ya que el cuerpo basal hijo también rotará alrededor del cuerpo basal madre en un momento y una forma similar a la rotación del cinetoplasto. Al girar, los minicírculos del cinetoplasto hijo se ensamblan en forma de espiral y comienzan a moverse hacia adentro, hacia el centro del disco, a medida que los nuevos minicírculos se desvinculan y se mueven hacia la KFZ para su replicación.
Mientras que los mecanismos exactos para el kDNA del maxicírculo aún no se han determinado con el mismo detalle que el kDNA del minicírculo, se observa una estructura llamada nabelschnur (en alemán, " cordón umbilical ") que ata las redes hijas del kDNA pero finalmente se rompe durante la separación. Usando sondas FISH para apuntar al nabelschnur, se ha encontrado que contiene kDNA maxicírculo.
Se describe que la replicación del cinetoplasto ocurre en cinco etapas, cada una en relación con la replicación del flagelo adyacente.
- Etapa I : el cinetoplasto aún no ha iniciado la replicación, no contiene complejos proteicos antipodales y está posicionado en relación con un solo cuerpo basal flagelar.
- Etapa II : el cinetoplasto comienza a mostrar complejos de proteínas antípodas. El cuerpo basal flagelar comienza a replicarse, al igual que el cinetoplasto. La asociación del cinetoplasto replicante a los dos cuerpos basales hace que desarrolle una apariencia abovedada.
- Etapa III : el flagelo nuevo comienza a separarse y el cinetoplasto adquiere una forma bilobulada.
- Etapa IV : los cinetoplastos aparecen como discos separados pero permanecen conectados por el nabelschnur.
- Etapa V : Los cinetoplastos secundarios se separan por completo cuando se rompe el nabelschnur. Su estructura es idéntica a la vista en la Etapa I.
Reparación de ADN
Trypanosoma cruzi es capaz de reparar nucleótidos en su ADN genómico o cinetoplastoque han sido dañados por especies reactivas de oxígeno producidas por el huésped del parásito durante la infección. La ADN polimerasa beta expresada en T. cruzi se emplea en la eliminación de daños oxidativos del ADN mediante el proceso de reparación por escisión de bases . Parece que la ADN polimerasa beta actúa durante la replicación del ADN del cinetoplastopara reparar los daños oxidativos del ADN inducidos por el estrés genotóxico en este orgánulo.