Centromere este regiunea de contact a celor două cromatidelor ale unui cromozom.
Există două tipuri de centromeri.
Centromerii cromozomilor monocentrici sunt centromeri „regionali”, care ocupă o regiune specifică în cadrul unui cromozom. Ele sunt de obicei vizibile ca o constricție pe cromozomul metafazic. Mărimea acestei regiuni variază între specii, de la 125 pb în S. cerevisiae la mai multe baze de date pentru centromeri umani. În mod normal, există un singur centromer regional pe cromozom (de unde și termenul „monocentric”), dar rearanjările cromozomiale pot duce la doi centromeri pe același cromozom (acest lucru se numește cromozom dicentric ).
Centromerii cromozomilor holocentrici extind întreaga lungime a cromozomilor. Mai puțin frecvente la speciile studiate în prezent (cu excepția C. elegans ), niciodată observate la vertebrate, cromozomii holocentrici sunt totuși răspândiți în protozoare, mai multe filme de nevertebrate și unele plante.
ADN-ul centromeric este foarte variabil de la o specie la alta. Cel mai simplu centromer, cel al Saccharomyces cerevisiae , se întinde pe aproximativ 125 bp și este compus din trei elemente funcționale CDE I, II și III ( Centromere DNA Element ), elementele I și III fiind conservate pe cei șaisprezece cromozomi, în timp ce elementul II are o secvență variabilă, unic pentru fiecare cromozom.
În S. pombe , centromerii variază în mărime de la ~ 35 kb pe cromozomul I la 110 kb pe cromozomul III. Fiecare centromer este alcătuit dintr-un domeniu central flancat de două domenii exterioare. Domeniul central este el însuși compus dintr-un element central de 4-7 kb cnt format din ADN nerepetat, înconjurat de două elemente ADN repetate inversate, elementele imr ( repetări cele mai interioare ). Succesiunea tuturor elementelor domeniului central, cnt și imr , este unică pe fiecare cromozom, doar organizarea domeniului central este păstrată de la un cromozom la altul. Domeniile exterioare, altele pentru repetări exterioare , sunt în esență compuse dintr-un număr variabil de copii a două elemente ADN repetate, dg și dh .
În metazoane , ADN-ul centromeric este alcătuit în esență din diferite forme de ADN repetate care pot acoperi mai multe megbaze. Această compoziție constituie un obstacol în calea analizei lor detaliate, secvențierea și asamblarea unor regiuni lungi de ADN repetate fiind dificile. În Drosophila, de exemplu, un singur centromer, cel al minicromozomului Dp1187 , a fost studiat la scara secvenței de nucleotide. Acesta se întinde pe 420 kb împărțit în două regiuni formate din două tipuri distincte de ADN satelit intercalate cu elemente transpozabile .
La om, ADN-ul centromeric repetat este în principal ADN-satelit (denumit și ADN alfoid în engleză), a cărui unitate unitară (monomer) este de 171 pb . Acești monomeri sunt organizați în unități de repetare de ordin superior ( HOR ), aliniate neîntrerupt în aceeași orientare pe distanțe cuprinse între 100 kb și 4 Mb . În cadrul aceluiași cromozom, HOR-urile sunt foarte omogene, cu o identitate de secvență de 99,8%, în timp ce monomerii dintr-un HOR au doar o identitate între 60 și 80%. ADN-ul satelit conține o anumită secvență, cutia CENP-B ( CENP-B Box ), de 17 bp , capabilă să lege proteina CENP-B și implicată în formarea cromatinei centromerice și asamblarea kinetocorei .
Lipsa conservării ADN-urilor centromerice a condus la sugestia că funcția centromerului și poziția acestuia asupra cromozomului nu sunt determinate de secvența nucleotidică. Cu excepția S. cerevisiae , unde elementele CDE menționate mai sus sunt suficiente pentru a forma un centromer funcțional, ADN-ul centromeric în alte eucariote nu apare nici necesar, nici suficient pentru a susține funcția centromerului: nu este necesar, deoarece se poate forma un centromer funcțional pe regiuni care nu prezintă nicio asemănare cu secvențele centromerice ( neocentromeri ); nici suficient, deoarece simpla prezență a secvențelor de tip centromeric nu duce în mod sistematic la un centromer funcțional. Acum este acceptat faptul că identitatea și funcția centromerului sunt definite epigenetic și depind de o structură specială a cromatinei, mai degrabă decât de secvența ADN subiacentă. Spre deosebire de secvența ADN, cromatina asociată cu centromeri prezintă caracteristici relativ bine conservate între eucariote.
Cromatinei la centromeri are caracteristici specifice care disting atât de eucromatină și heterochromatin , astfel încât să putem califica ca centromerică (uneori centrochromatine sau, mai ales în limba engleză, cromatinei CEN ).
Poate că cea mai importantă caracteristică, conservată în toate eucariotele studiate, este prezența proteinei CenH3 ( H3 centromerică ), o variantă a histonei H3 localizată în mod specific și exclusiv în cromatina centromerică. Această histonă (numită și Cse4p în S. cerevisiae , Cnp1p în S. pombe , CENP-A la majoritatea mamiferelor) permite formarea unei variante de nucleozom , a cărei structură exactă nu este încă clar stabilită, dar este, în toate cazurile, suficientă diferită de cea a unui nucleozom convențional pentru a da cromatinei centromerice proprietăți distincte.
Alte caracteristici ale cromatinei centromerice sunt hipoacetilarea histonei (o caracteristică frecvent asociată cu heterocromatina ) și dimetilarea histonei H3 pe lizină-4 (H3K4me2, un semn frecvent asociat cu regiunile promotor din Genova).
Cromatina centromerică este în general flancată pe ambele părți de heterocromatină , denumită pericentromeric sau pericentric . Poartă semnele tipice ale heterocromatinei, în special di- și tri-metilarea histonei H3 pe lizină-9 (H3K9me2 / 3) și prezența proteinei HP1. De asemenea, este îmbogățit cu varianta H2A.Z, o variantă a histonei H2A.
Funcția esențială a centromerului este de a servi ca platformă de asamblare a kinetocorului în timpul mitozei . Proteina cromatină centromerică CenH3 este unul dintre factorii cheie în această funcție. Absența sa previne orice formare a kinetocorului, iar supraexprimarea acestuia și localizarea sa ectopică duc la localizarea slabă a cel puțin unei părți a proteinelor kinetocore.
CenH3 permite asamblarea kinetocorului prin proteinele complexului CCAN ( rețea constitutivă asociată centromerului , „rețea [de proteine] asociată constitutiv cu centromerul”), care recunosc structura particulară a nucleozomilor care conțin CenH3. CCAN reprezintă interfața dintre cromatina centromerică și kinetocorul intern și permite recrutarea diferitelor complexe care compun kinetocorul.
La om, CCAN poate fi împărțit în două sub-complexe: complexul CENP-A NAC ( complex asociat nucleozomului CENP-A , „complex asociat cu nucleozomul CENP-A”), care, după cum sugerează și numele său, este direct în contact cu CENP-A nucleozom; și complexul CENP-A CAD ( complexul distal CENP-A ), care interacționează nu direct cu CENP-A, ci cu proteinele complexului CENP-A NAC . În S. cerevisiae și S. pombe , omologii funcționali ai CCAN uman sunt complexele Ctf19 și respectiv Sim4. Omologii CCAN din alte eucariote model nu au fost încă identificați.