Un kinetoplasto es una red de ADN circular (llamado kDNA) dentro de una mitocondria que contiene muchas copias del genoma mitocondrial . [1] [2] La estructura más común de kinetoplasto es un disco, pero se han observado en otras disposiciones. Los kinetoplastos solo se encuentran en Excavata de la clase Kinetoplastida . La variación en las estructuras de los kinetoplastos puede reflejar relaciones filogenéticas entre kinetoplastidos. [3] Un kinetoplasto suele estar adyacente al cuerpo basal flagelar del organismo , lo que sugiere que está unido a algunos componentes del citoesqueleto . En Trypanosoma brucei esta conexión del citoesqueleto se llama complejo de unión tripartito e incluye la proteína p166. [4]
En los tripanosomas , un grupo de protozoos flagelados, el cinetoplasto existe como un gránulo denso de ADN dentro de la mitocondria. Trypanosoma brucei , el parásito que causa la tripanosomiasis africana (enfermedad del sueño africana), es un ejemplo de un tripanosoma con un cinetoplasto. Su cinetoplasto es fácilmente visible en muestras teñidas con DAPI , un tinte fluorescente de ADN , o mediante el uso de hibridación in situ fluorescente (FISH) con BrdU, un análogo de timidina . [5]
El kinetoplasto contiene ADN circular en dos formas, maxicírculos y minicírculos . Los maxicírculos tienen un tamaño de entre 20 y 40 kb y hay unas pocas docenas por kinetoplasto. Hay varios miles de minicírculos por kinetoplasto 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: producir ARN guía (gRNA) para decodificar esta información encriptada de maxicírculos, típicamente a través de la inserción o eliminación de residuos de uridina . La red de maxicírculos y minicírculos se encadenan 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 kinetoplasto parental y posteriormente se vuelvan a conectar en el kinetoplasto hijo. [5] [6] Este modo único de replicación de ADN puede inspirar posibles objetivos farmacológicos .
La estructura del kADN mejor estudiada es la de Crithidia fasciculata , un disco encadenado de maxicírculos y minicírculos circulares de kADN, la mayoría de los cuales no están superenrollados . [3] Exterior al disco de kADN pero directamente adyacentes hay dos complejos de proteínas situados a 180˚ uno del otro y que están involucrados en la replicación de los minicírculos. [1] [2] [5] [6]
También se han observado variaciones de las redes de cinetoplastos y se describen mediante la disposición y ubicación de su kADN.
La presencia de esta variedad de estructuras de kADN refuerza la relación evolutiva entre las especies de cinetoplastos. Como el pan-kADN es el que más se parece a un plásmido de ADN , puede ser la forma ancestral del kADN. [3]
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 kADN de Crithidia fasciculata , el inicio de la replicación es promovido por la desvinculación de los minicírculos de kADN 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). [2] [3] [6] Después de la replicación, los minicírculos migran por mecanismos desconocidos a los complejos proteicos antípodas que contienen varias proteínas de replicación, incluyendo una endonucleasa , helicasa , ADN polimerasa , ADN primasa y ADN ligasa , que inician la reparación de las discontinuidades restantes en los minicírculos recién replicados. [5]
Este proceso ocurre en un minicírculo a la vez, y solo una pequeña cantidad de minicírculos se desvinculan en un momento dado. Para llevar un registro de qué minicírculos se han replicado, al volver a unirse a la red de kADN, queda un pequeño espacio en los minicírculos nacientes, que los identifica como ya replicados. Los minicírculos que aún no se han replicado siguen cerrados covalentemente. Inmediatamente después de la replicación, cada progenie se une a la red de kADN proximal a los complejos proteicos antípodas y los espacios se reparan parcialmente. [1] [6]
A medida que avanza la replicación de los minicírculos, para evitar la acumulación de nuevos minicírculos, toda la red de kADN 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 tiempo y de una manera similar a la rotación del cinetoplasto. Al rotar, los minicírculos del cinetoplasto hijo se ensamblan en forma de espiral y comienzan a moverse hacia el centro del disco a medida que los nuevos minicírculos se desvinculan y se mueven hacia el KFZ para la replicación. [2] [5] [6]
Si bien los mecanismos exactos del kADN maxicircle aún no se han determinado con el mismo detalle que el del kADN minicircle, se observa una estructura llamada nabelschnur ( que en alemán significa " cordón umbilical ") que une las redes de kADN hijas pero que finalmente se rompe durante la separación. Al utilizar sondas FISH para apuntar al nabelschnur, se ha descubierto que contiene kADN maxicircle. [5]
Se describe que la replicación del cinetoplasto ocurre en cinco etapas, cada una en relación con la replicación del flagelo adyacente.
Trypanosoma cruzi es capaz de reparar nucleótidos en su ADN genómico o kinetoplasto que han sido dañados por especies reactivas de oxígeno producidas por el huésped del parásito durante la infección. [7] 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 kinetoplasto para reparar los daños oxidativos del ADN inducidos por estrés genotóxico en este orgánulo. [7]