Cinetoplasto

Un cinetoplasto é unha rede de moléculas de ADN circular (denominado kDNA) situado dentro das mitocondrias (ver imaxe), que contén moitas copias do xenoma mitocondrial (ver imaxe), que só se atopa nos protozoos da clase dos cinetoplástidos (Kinetoplastida). A estrutura máis común dos cinetoplastos é a discoidal, pero tamén se observaron con outras formas, e os distintos tipos de estruturas poden reflectir as relacións filoxenéticas entre os protozoos cinetoplástidos. Os cinetoplastos están situados normalmente ao lado do corpo basal do flaxelo do microorganismo, o que leva a pensar que están moi unidos ao citoesqueleto.

 Tripanosomas 
Nos tripanosomas, un grupo protozoos flaxelados cinetoplástidos, o cinetoplasto ten o aspecto dun gránulo denso de ADN situado dentro dunha grande mitocondria (ver imaxe). O Trypanosoma brucei (ver imaxe), o parasito que causa a enfermidade do sono africana (tripanosomíase africana), é un exemplo de tripanosoma con cinetoplasto. O seu cinetoplasto é doadamente visible nas mostras tinguidas con DAPI, unha tinguidura de hibridación in situ fluorescente (FISH) con BrdU (un análogo da timidina).

 Estrutura do cinetoplasto 
Os cinetoplastos conteñen ADN circular en dúas formas: minicírculos e maxicírculos. Os maxicírculos teñen un tamaño entre 20 e 40 kb e cada cinetoplasto contén unhas poucas ducias. Polo contrario, hai varios miles de minicírculos en cada cinetoplasto, os cales teñen un tamaño de só entre 0,5 e 1 kb. Os maxicírculos codifican os típicos produtos proteicos necesarios para a mitocondria. A única función coñecida dos minicírculos é producir ARN guía (gRNA) para descodificar a información dos maxicírculos, o que fan xeralmente inserindo ou delecionando residuos de uridina. Nas redes os maxicírculos e minicírculos están concatenados formando unha rede plana que lembra a unha cota de malla das armaduras medievais (ver imaxe). A replicación desta rede requirirá que estes aneis se desconecten do seu cinetoplasto parental e posteriormente se reconecten no cinetoplasto fillo. Este xeito tan exclusivo de replicación do ADN podería utilizarse como unha diana potencial para fármacos que ataquen a estes protozoos.Sela D, Milman N, Kapeller I, Zick A, Bezalel R, Yaffe N, Shlomai J. Unique characteristics of the kinetoplast DNA replication machinery provide potential drug targets in trypanosomatids. Adv Exp Med Biol. 2008;625:9-21. PMID 18365655. 

A estrutura mellor estudada dos ADN dos cinetoplastos (kDNA) é a de Crithidia fasciculata: un disco concatenado de maxicírculos e minicírculos de kDNA circular, a maioría dos cales están superenrolados. En posición exterior aos discos de kDNA pero adxacentes a eles hai dous complexos de proteínas situados formando 180˚ unhas con outras, que están implicadas na replicación dos minicírculos.

Observáronse diversas outras variacións nas redes dos cinetoplastos, que se describen pola disposición e distribución do seu kDNA. Entre elas están: pro-kDNA, poli-kDNA, pan-kDNA e mega-kDNA.

Un cinetoplasto pro-kDNA é unha estrutura parecida a un monllo (ver imaxe)que se encontra na matriz mitocondrial proxima ao corpo basal do flaxelo. A diferenza da rede convencional do kDNA, un cinetoplasto pro-kDNA contén moi pouca concatenación e os seus maxicírculos e minicírculos son relaxados conforme se opoñen para seren superenrolados. O pro-kDNA foi observado en Bodo saltans, Bodo designis, Procryptobia (Bodo) sorokini, Rhynchomonas nasuta, e Cephalothamnium cyclopi.

Un cinetoplasto poli-kDNA é similar na estrutura do kDNA a un cinetoplasto pro-kDNA (ver imaxe). Contén pouca concatenación e ningún superenrolamento. A característica distintiva do poli-kDNA é que en vez de estar composto por un monllo globular único como o do pro-kDNA, o poli-kDNA está distribuído entre varios focos discretos no lume mitocondrial. O poli-kDNA foi observado en Dimastigella trypaniformis (un comensal do intestino das termites), Dismastigella mimosa (un cinetoplástido de vida libre), e en Cruzella marina (un parasito do intestino de tunicados).

Un cinetoplasto pan-kDNA, igual ca o poli-kDNA e o pre-kDNA contén un menor grao de concatenación pero a diferenza deles contén minicírculos superenrolados (ver imaxe). Os cinetoplastos pan-kDNA enchen a maior parte da matriz mitocondrial e non están limitados a focos discretos como o poli-kDNA. O pan-kDNA observouse en Cryptobia helicis (un parasito do receptáculo seminal dos caracois), Bodo caudatus, e Cryptobia branchialis (un parasito de peixes).

Un cinetoplasto mega-kDNA ten unha distribución bastante uniforme por toda a matriz mitocondrial, pero non contén minicírculos (ver imaxe). No seu lugar, presenta secuencias de kDNA similares en secuencia a outros minicírculos de cinetoplasto conectadas en tándem formando moléculas meirandes duns 200kb de lonxitude. O mega-kDNA (ou estruturas similares ao mega-kDNA) observáronse en Trypanoplasme borreli (un parasito de peixes) e Jarrellia (un parasito de baleas).

A existencia desta variedade de estruturas de kDNA reforza a relación evolutiva entre as especies de protozoos cinetoplástidos, e indica que o pan-kDNA (que é o que máis lembra a un plásmido) é a forma ancestral de kDNA.

 Replicación dos cinetoplastos 
A replicación dos cinetoplastos ocorre simultaneamente á replicación dos flaxelos que están ao lado e xusto antes da replicación do ADN nuclear. Nunha rede típica de kDNA de C. fasciculate, a iniciación da replicación promove a desvinculación dos minicírculos de kDNA por acción da topoisomerase II. Os minicírculos libres migran a unha rexión entre o cinetoplasto e a membrana mitocondrial chamada zona cinetoflaxelar. Desde alí, os minicírculos encontran os complexos de proteína antipodal que se pensa que conteñen unha endonuclease, helicase, ADN polimerase, e unha ADN ligase, que levarán a cabo a replicación. (ver imaxe)

Este proceso ocorre nun só minicírculo de cada vez en cada complexo de proteína antipodal e non todos os minicírculos están desvinculados nun momento dado. Para poder recoñecer cales minicírculos foron xa replicados, ao seren desvinculados da rede de kDNA déixanlles no ADN unha "amosega" ou "brecha" para identificalos como ADN que está listo para a replicación. Inmediatamente despois da replicación, cada proxenie é ligada á rede de kDNA próxima aos complexos de proteína antipodal e son eliminadas as amosegas.

Consonte a replicación dun minicírculo progresa, para impedir a acumulación de novos minicírculos, toda a rede de kDNA rotará arredor do eixe central do disco (ver imaxe). A rotación crese que está conectada directamente coa replicación do flaxelo contiguo, xa que o corpo basal fillo rota tamén arredor do corpo basal parental nun momento e maneira similar á rotación do cinetoplasto. Ao rotaren, os minicírculos dos cinetoplastos fillos xúntanse nun movemento espiral e comezan a moverse cara a dentro en dirección ao centro do disco, a medida que se desvinculan novos minicírculos e se moven á zona cinetoflaxelar para a súa replicación.

Os mecanismos exactos usados polos maxicírculos teñen aínda que ser determinados co mesmo detalle que para o kDNA de minicírculos, pero o que si se observou é que unha estrutura chamada nabelschnur (do alemán cordón umbilical) amarra as redes de kDNA fillas e finalmente rompe durante a separación. Usando sondas de FISH para que se unan ao nabelschnur, viuse que conteñen kDNA de maxicírculo. (ver imaxe)

A replicación dun cinetoplasto descríbese en cinco fases, e cada unha está en relación coa replicación do flaxelo que está ao lado. Estas fases son:

 Fase I: O cinetoplasto non principiou aínda a súa replicación, non contén complexos de proteína antipodal, e está situado ao lado dun só corpo basal flaxelar.
 Fase II: O cinetoplasto comeza a mostrar complexos de proteínas antipodais. O corpo basal flaxelar empeza a replicación a medida que o fai o cinetoplasto. A asociación da replicación do cinetoplasto e os dous corpos basais fai que teñan unha aparencia de bóveda.
 Fase III: O novo flaxelo empeza a separarse e o cinetoplasto toma unha forma bilobulada.
 Fase IV: O cinetoplasto aparece como discos separados pero permanece conectado polo nabelschnur.
 Fase V: Os cinetoplastos fillos sepáranse completamente conforme o nabelschnur rompe. A súa estrutura é idéntica á que se observa na fase I.

 Notas 

Categoría:Ácidos nucleicos
Categoría:Bioloxía celular
Categoría:Protistas
Categoría:Mitocondrias