INTRODUCCIÓ

La substància que hi ha a l'interior del nucli d'una cèl·lula es tenyeix amb facilitat amb colorants bàsics i per això ha merescut el nom de cromatina. Pel microscopi electrònic es pot observar que la cromatina consta d'una part amorfa i una altra de fibrosa, aquesta última composta de fibres llargues en forma de rosari d'entre 20 i 25 nm d'ample (un nanòmetre = 10^-9). La cromatina presenta variacions cícliques adaptades a les diferents funcions que ha de realitzar durant el cicle nuclear. Aquestes funcions són, principalment, servir de substrat i motlle de diverses reaccions metabòliques de gran importància genètica, com per exemple la duplicació de l'ADN, etapa durant la qual es troba més dilatada, i repartir-se equitativament durant la divisió nuclear, etapa durant la qual està molt més contreta.

La cromatina és una fibra extraordinàriament llarga i fina. Si es pogués estirar la cromatina continguda en una cèl·lula humana, s'arribaria a dos metres de longitud; per tant, la fibra de cromatina està molt compactada dins del nucli. Malgrat això, per repartir-se als nuclis fills necessita estar molt més condensada. Per entendre la utilitat de la condensació de la cromatina, imaginem-nos que hem de repartir en parts idèntiques, sense trencar ni fer malbé, diversos metres de fil finíssim. Serà molt més fàcil reparir aquest fil si està preparat en paquets (cromosomes) que si que estan enrotllats sencers. Cromosomes i cromatina són la mateixa cosa: la cromatina condensada en "paquets" s'observa com a cromosoma, quan els cromosomes es descondenssen s'observen com a cromatina.

El procés pel qual es divideix el nucli cel·lular s'anomena cariocinesis, o més freqüentment, mitosi (del grec mitos=filament). La mitosi es divideix en diverses fases, i en una d'elles, anomenada metafase, és possible observar com la cromatina apareix molt contreta i ubicada exclusivament en unes estructures filamentoses anomenades cromosomes. De fet, el què veiem en la metafase són els cromosomes separats longitudinalment en dos cromosomes fills idèntics entre ells i a aquell del qual procedeixen, però encara units per una constricció anomenada centròmer; aleshores cada cromosoma germà pren el nom de cromàtida (fig.1).

fig. 1

Si es realitza l'observació en l'anomenada interfase (període entre dos mitosis successives) el nucli està ocupat sobre tot en la duplicació de la cromatina i és poc vistós, perquè pel microscopi només es veu un manyoc de fibra. Malgrat tot, quan la cèl·lula està a punt d'entrar en divisió, el material genètic comença a fer-se facinant pels ulls de l'observador, que en ser comunment tenyit amb la fuscina bàsica, agafa un color magenta intens i generalment és el moment adeqüat per tal d'observar la forma dels cromosomes pel microscopi òptic i quan es poden comptar el seu número.

ULTRAESTRUCTURA DE LA CROMATINA

Actualment es coneix bé l'ultraestructura i la composició molecular dels cromosomes o cromatina. La fibra de la cromatina està constituida per l'ADN unit a unes proteines bàsiques: les histones anomenades H1, H2a, H2b, H3 i H4. Es coneix bé la seva seqüència d'aminoàcids, havent-se comparat entre teixits, individus i espècies (fig. 2 i 3).

fig. 2

L'ultraestructura de la cromatina s'ha conegut gràcies a l'esforç coordinat de diversos investigadors utilitzant nombroses tècniques: difracció dels raig X, microscòpia electrònica, reticulació química i digestió enzimàtica, principalment.

Els primers experiments van ser de microscopia electrònica. Es describia la fibra de la cromatina com un collaret de perles. A les perles se les va anomenar cossos v (nu), però aquest nom no va tenir èxit i van ser anomenats nucleosomes, i així se'ls anomena mundialment. El filament que uneix les perles és ADN i les XXXcuentas són grups de les histones H2a, H2b, H3 iH4 (fig. 2 i 3).

Els experiments de reticulació química van demostrar que cada nucleosoma conté dues de cada una de les quatre molècules d'histona; és a dir, vuit molècules en total, formant el què s'anomena mèdula o octàmer del nucleosoma. També van desmostrar que l'ADN es troba envoltant-lo. El segment d'ADN entre molècules s'anomena lligador i, malgrat aquests experiments no ho demostren, els autors van proposar que la histoina H1 es troba al lligador, hipòtesi que s'ha confirmat posteriorment (fig. 2 i 3).

fig.3

Un altre grup d'experiments per deduir l'estructura de la cromatina es deu a la cristalització de nucleosomes i la seva anàlisi per difracció de raigs X i de neutrons. Amb ells es va definir i quantificar amb presició la forma de la molècula, la manera com l'ADN ho rodeja dintre d'una espècie de sot (com una manguera enrotllada) i els punts més probables d'interacció entre l'ADN i les histones.

També se sap de l'existència, en els cromosomes, de proteïnes diferents a l'histona que tindrien un papaer estructural i funcional i que, probablement, són les més importants pel manteniment de l'estructura cromosòmica en metafase i, possiblement, estan presents durant tot el cicle cel·lular. A aquest tipo de proteïnes s'he les ha anomenat proteïnes de andamio.

L'ADN té 20 amstrongs de diàmetre (un amstrong = 10^-10metres). En enrotllar-se formant l'estructura nucleosomal el diàmetre de la fibra de la cromatina augmenta a 10nm, que és el diàmetre mínim de la fibra mitja a la cromatina estesa, experimentalment, observant a través del microscopi electrònic. A la vegada, la fibra de 10nm s'enrotlla sobre si mateixa formant un solenoide el diàmetre del qual és de 30nm i, finalment aquest s'enrotlla també sobre si mateix en un supersolenoide de 400 a 700 nm, que correspon al diàmetre de la cromatina en metafase (fase de la duplicació cromosòmica en la qual es veu amb major claredat la morfologia dels cromosomes) (fig. 3 i 4).

fig 4

FORMA DELS CROMOSOMES

La forma dels cromosomes es descriu respecte a la posició del centròmer (constricció del cromosoma responsable de la unió i posterior segregació correcta de les cromàtides). Si el centròmer ocupa una posició central es diu que el cromosoma és metacèntric (fig. 5.3). El centròmer divideix, en aquest cas, al cromosoma en dos braços del mateix temany. Si la posició del centròmer és més o menys centrada, però els dos braços són de mida diferent, el cromosoma s'anomena submetacèntric (fig. 5.2). Finalment, si el centròmer ocupa una posició totalment terminal, és a dir, existeix un sol braç, el cromosoma es diu telocèntric. Quan els dos braços són de mida diferent, s'anomena braç L (llarg) i S (curt); quan són del mateix temany s'anomenen i es defineixen pels loci que es van localitzant en ells per mètodes genètics o citogenètics.

Els extrems dels cromosomes es diuen telòmers. Donen estabilitat estructural al cromosoma ja que quan, accidentalment, un cromosoma perd els seus telòmers, el cromosoma es fusiona amb ell mateix formant un cercle, o es fusiona amb altres cromosomes que hagin sofert una ruptura semblant. Aberracions cromossòmiques com aquesta són, ordinàriament, letals per a les cèl·lules. Es produeixen per les radiacions ionitzants, alguns productes químics o en cèl·lules cancerígenes.

Afegit a la constricció primària o centòmer, alguns cromosomes tenen una constricció secundària, de les que més important és l'organitzador nucleolar, anomenat així perquè en aquesta zona cromosòmica es reorganitza el nucleol durant la telofase (fase en la qual els nucleols tornen a formar-se i les cromàtides es descondensen fins que el nucli torna a tenir l'aparença d'estar ple de fibres de cromatina). La porció de cromosoma a l'altre costat de la constricció secundària s'anomena satèl·lit (fig.1).

Per tal de descriure més exactament la forma dels cromosomes, s'acostumen a fer medicions dels braços. Aquestes medicions es realitzen sobre fotografies; s'usa sempre el mateix augment per poder transformar les mesures al temany real dels cromosomes. De totes maneres, el procediment correcta és usar índex adimensionals perquè la condensació cromosòmica varia d'una metafase a una altra i d'una preparació a una altra. Els índex més usats són la longitud relativa (longitud d'un cromosoma dividit per la longitud total dels n cromosomes), l'índex cetrmètric (longitud d'un braç dividit per la longitud del cromosoma complert) i l'índex de braços (longitud del braç curt dividida per la del braç llarg). Quan el cromosoma és submetacèntric o acrocèntric hi ha dos índex centromètrics per cromosoma.

CARIOTIP

Una vegada observat el número i la forma dels cromosomes, estem preparats per fer un cariotip. El cariotipo és la representació dels cromosomes d'un individu, retallats d'una fotografia i col·locats d'acord a un ordre preestablert. Es poden fer cariotips de qualsevol espècie animal o vegetal.

La diferència de cariotip entre els dos sexes és la clau per a la determinació del sexe. En els mamífers, com el gos, els dos cromosomes que formen el parell desigual s'anomenen X i Y i apareixen en els mascles. En les cèl·lules de les femelles, un dels parells cromosòmics consta de dos cromosomes X, per tant, en els mamífers els mascles són XY i les femelles són XX. Els cromosomes X i Y es coneixen com a cromosomes sexuals i la resta de cromosomes d'una cèl·lula s'anomenen autosomes.

En el gos els 38 parells de cromosomes autosòmics i el cromosoma sexual Y són acrocèntrics. El cromosoma sexual X és metacèntric.

Dins d'una mateixa espècie, els mascles i les femelles tenen el mateix joc d'autosomes, que apareixen en parelles. El conjunt d'autosomes i cromosomes sexuals constitueixen el gènoma, que és la sèrie total de cromosomes d'una cèl·lula. Els gènomes en els quals els cromosomes es presenten en parelles s'anomenen diploides i els dos membres de cada parell reben el nom de cromosomes homòlegs.

Per destacar que els cromosomes apareixen en parells, el número total de cromosomes s'indica per 2n, on "n" representa el número de parells. Per exemple, el número de cromosomes en el gos és de 39 parells de manera que 2n = 78 cromosomes.

fig 5

Per fer el cariotip d'un individu és necessari prendre una mostra de teixit en el que les cèl·lules s'estiguin dividint, o que se'ls pugui induir a dividir-se activament en un cultiu in vitro. Generalment s'agafa una mostra de sang perifèrica i els linfòcits es cultiven per induir les divisions mitòtiques. També es pot agafar líquid amniòtic quan es desitgi estudiar el criotip d'un feto.

Quan es té un número suficient de cèl·lules en divisió, es fa un tractament amb colxicina, que és una droga amb doble utilitat. Per un cantó inhibeix l'emigració dels cromosomes cap als pols de la cèl·lula, per tant, acumula cèl·lules en metafase (fase de la mitosis en la que es veuen més clarament els cromosomes). Per altre cantó, i com a conseqüència de l'acció anterior, augmenta la condensació dels cromosomes fent fàcil la seva observació. A continuació es sodmeten les cèl·lules a un xoc hipotònic per tal de fer-les esclatar i així els cromosomes queden separats uns dels altres quan es deixa caure una gota de cultiu sobre del portaobjectes. Seguidament es tenyeix amb una tècnica que es coneix amb el nom de bandeix, i després la fotografia. Els cromosomes es retallen de la fotografia, es col·loquen sobre una cartolina seguint un ordre que es va adoptar en la conferència de Denver de 1960 i posteriorment es va ampliar a la conferència de París de 1971, que consisteix en ordenar-los pel seu temany i la posició del centròmer. Els cromosomes sexuals es col·loquen els últims.

Existeixen diverses tècniques de bandeix malgrat que la tècnica en bandes G és la més utilitzada pels cromosomes dels mamífers. Tenyeixen diferencialment regions més o menys condensades de la cromatina, produïnt bandes transversals al llarg de tots els cromosomes. Les bandes són típiques de cada cromosoma, estables i comparables de cèl·lula a cèl·lula i d'individu a individu dins de la mateixa espècie i entre espeècies relacionades. Per això les tècniques de bandeix tenen moltes aplicacions (fig. 6).

fig 6

És important remarcar l'elevat número de cromosomes en el gos, cosa que significa una major quantitat de recombinació de material genètic. És a dir, una forta tendència a recombinar o barrejar a l'atzar caràcters hereditaris. Això podria explicar perquè el gos mostra tal variació de conformació o, dit en d'altres paraules, perquè els criadors han pogut desarrotllar races diferents. El fet de posseïr nombrosos cromosomes no pot crear variació genètica innata, però pot fonamentar l'explotació total d'aquesta variació.

Bibliografía:
Genètica, Fonaments i Perspectives. M.J. Puertas
Genètica Veterinària. F.W. Nicholas
Genètica per a Criadors de Gossos. Roy Robinson
Del Cromosoma al Gen. Institut de Bioquímica Clínica.
Gran Enciclopèdia Catalana.