Filaria Journal, 2005; 4: 10-10 (más artículos en esta revista)

Los cromosomas de la Filariae

BioMed Central
Rory Post (r.post @ nhm.ac.uk) [1]
[1] Departamento de Entomología, El Museo de Historia Natural, Cromwell Road, Londres SW7 5BD, UK
[2] Departamento de Enfermedades Infecciosas y Tropicales, la Escuela de Londres de Higiene y Medicina Tropical, Keppel Street, Londres WC1E 7HT, UK

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Resumen

La comprensión de la naturaleza de los cromosomas de la filariae se espera que el futuro de gran ayuda para la interpretación de los datos del genoma. Filarial desarrollo no es eutelic, y no parece ser un número fijo de células divisiones en la forma que existe en Caenorhabditis. No está claro si los cromosomas de la filariae han localizado centromeres o si son holocentric. Determinación del sexo cromosómico es por un "equilibrio" X0 sistema en la mayoría de filariae, pero en algunos Onchocercidae ha habido una cromosómicas fusión para crear un sistema neo-XY. Se presume que las bases moleculares de la determinación del sexo en filariae es similar a Caenorhabditis. El cariotipo ancestral de la filariae es probablemente 5A + X0, pero en algunos Onchocercidae este se ha reducido a 4A + XY, y en O. Y O. volvulus Gibsoni se ha reducido a 3A + XY. Onchocerca volvulus y O. Gibsoni ambos han supernumerarios (B-) y en los cromosomas O. Vólvulo hay una sola región activa de la organización de nucleolo próximo a la mitad del largo autosome.

Antecedentes

Filariae y otros nematodos han reducido en relación con otros genomas eucariotas multicelulares. Onchocerca volvulus y Wuchereria bancrofti han estimado genomas haploides de 1,5 y 0,81 × 10 8 pares de nucleótidos, respectivamente [1], lo que corresponde, por ejemplo, al genoma tamaños, de 30 y 2,78 × 10 8 en el ser humano y el Anopheles gambiae, respectivamente [2]. Debido al reducido tamaño del genoma, los cromosomas de la filariae son correspondientemente pequeñas. Esto hace que sea difícil ver sus características morfológicas bruto, que se encuentran en los límites de resolución del microscopio de luz, y, en consecuencia, la citogenética de la Filariae no han sido bien estudiados. Sin embargo, la estructura física de los cromosomas es un reflejo de la organización del ADN y su genética. Por ejemplo, los cromosomas determinar el número de grupos de vinculación y el patrón de vinculación sexual, y cómo esto puede variar entre las especies. La interpretación de la disposición de la secuencia del genoma nuclear Brugia malayi y la etiqueta de secuencias expresadas (EST) bibliotecas para Onchocerca volvulus, Onchocerca ochengi, Wuchereria bancrofti, Brugia malayi, Dirofilaria immitis y Litomosoides sigmodontis [3], así como cualquier posible O. Vólvulo de la secuenciación del genoma proyecto será ayudado por una comprensión de sus cromosomas.

Eutely, centromeres determinación y sexo

Las observaciones de Goldschmidt [4], estableció la idea de que el crecimiento de los nematodos postembryonic producido sin más la división celular, lo que se conoció como eutely. Por más de 70 años, esta idea se convirtió en el general establecido en la literatura (por ejemplo, [5]], pero ahora está claro que hay muchas especies en las que no es cierto. Por ejemplo, en Caenorhabditis elegans es 1,47 veces mayor en el número de núcleos somáticos [6] y en Romanomermis culicivorax hay un aumento de 8 veces durante la fase parasitaria [7]. Sin embargo, estas dos especies contraste otra de las características de desarrollo de nematodos. En C. Elegans es evidente que hay un número fijo de células divisiones (incluyendo después de la división de células embrionarias), durante el desarrollo conduce a un constante número de núcleos somáticos en el adulto [6]. Esto no es cierto en el caso de R. Culicivorax en la que el número de núcleos somáticos varía y se correlaciona con el tamaño de los adultos [7]. No ha habido estudios específicos de esos patrones en Filariae, pero Bain [8] ha informado de las divisiones de células somáticas en el desarrollo de las larvas de O. Vólvulo en el vector. Además, los cargos de lacto-acético orcein manchadas núcleos [9] intrauterino de microfilarias infecciosos y larvas L3 de O. Vólvulo han indicado una media de 280 núcleos de microfilarias y aproximadamente 900 en L3s [10]. Es evidente que el concepto de eutely no se puede aplicar a filariae, porque, evidentemente, hay un aumento en el número de células entre estos dos post-embrionarios. También es poco probable que filariae tener un número fijo de células divisiones porque las larvas en la misma fase de desarrollo se encontró que muestran la variación en el número de núcleos somáticos [9].

Parece que la mayoría de los nematodos probablemente han holocentric cromosomas (cromosomas la atribuyen a la meióticas y huso mitótico microtúbulos a lo largo de toda su longitud, en lugar de esta función se concentra en un solo centrómeros) [11]. Una consecuencia de ello es que los rotos fragmentos de los cromosomas puede combinar con regularidad en la división celular. Sin embargo, es evidente que la trichurids (por lo menos) han normal centromeres (localizados), pero la situación no es bien entendido por la filariae. Procunier y Hirai [12] interpretaron su metafases mitóticas y meióticas de O. Y O. volvulus Gutturosa en términos de centromeres localizados, pero no es evidente que sus cifras son correctas señala la interpretación de sus fotografías, y explicó que "la posición de los centrómeros no siempre es evidente", y el más largo en el cromosoma su posición "parece Variar entre los individuos ". Los cromosomas de la filariae son muy pequeñas, difíciles de interpretar y no otros autores han abordado directamente esta cuestión. Sin embargo, la orientación de los cromosomas en metafase se ha señalado. Profundiza et al. [13] mostró que synaptonemal complejos se presente a principios de la meiosis femenina de Dirofilaria immitis, pero en metafase I los cromosomas que parecía ser emparejamiento punta a punta. Esto era especialmente evidente para el par de cromosomas X (que es el más largo en el cromosoma D. immitis) porque una más normal uno al lado del otro emparejamiento se observó en sólo el 10% de los óvulos. Este mismo fin de poner fin a emparejamiento es evidente en las fotografías de otros autores para otros filariae (por ejemplo [14]]. En la mayoría de los animales metafase meiótica los cromosomas de manifiesto la existencia de más de cruce (que es la manifestación visible de la recombinación), pero esto no es evidente para filariae. Procunier y Hirai [12] interpretó sus cifras para demostrar el cruce más, pero otros autores no lo han hecho, y no está claro si esto se debe al pequeño tamaño de los cromosomas o alguna razón más fundamental biológica. En cualquier caso, la recombinación se espera que se produzca en filariae porque han synaptonemal complejos [13] y la recombinación se ha demostrado en algunos otros nematodos como Caenorhabditis [15], y Globodera [16].

Algunos nematodos como Strongyloides exposición de las formas de la partenogénesis, y unos pocos, como Mermis subnigrescens han determinación ambiental de sexo (según la cantidad de mermithids parasitising un insecto de acogida). Sin embargo, entre los vertebrados parásitos determinación cromosómica del sexo parece ser la regla. Y parece que hay un sistema de X0 en todas las especies que se sabe, salvo el Oxyuridae (que tienen un sistema de haplo-diploidy), Ascaridae (que tienen múltiples relaciones sexuales cromosomas) y Filarioidea (donde algunas especies de Onchocercidae tener un sistema XY) . Es evidente que el sistema de X0 es fundamental para los nematodos (incluida la filariae), y los pocos sistemas XY que se producen entre los filariae son secundarios derivados. En X0 otros organismos con cromosomas sexuales, como Orthoptera, la fusión de una autosome al cromosoma X, de crear un neo-XY está muy bien documentado [17]. Genéticamente, un sistema de determinación de sexo X0 tiene que ser un 'equilibrio' del sistema, y hay una buena comprensión de las bases moleculares de la determinación del sexo en Caenorhabditis (que tiene un sistema de X0, con X0 varones y hermafroditas XX) [18], y Es probable que filariae son básicamente similares.

Número de cromosomas y cariotipo evolución

El cuadro 1 resume todas las actas publicadas de filarial cariotipos, y al parecer, hay tres tipos básicos, 5A + X0, 4A y 3A + XY + XY. Hay algunas excepciones en la literatura, y no siempre está claro el grado en que estos podrían ser los errores resultantes de la naturaleza difícil de filarial cromosomas, o indicativo de la variación natural. Litomosoides sigmodontis ha informado de que han 5A + X0 ( Nuevos datos no publicados, véase la figura 1] o 4A + X0 [19, 20]. En vista de los cariotipos de otras especies X0 es probable que 5A + X0 es correcta, y 4A + X0 es o bien el resultado de la variación natural de un autosome-autosome translocación o un error (debido a las pequeñas difícil cromosomas). De hecho, hay claramente seis cromosomas presentes en algunos de McLaren's [20] ilustraciones. Del mismo modo Taylor [19] informó de Dirofilaria immitis tener 4A + X0, mientras que otros autores informaron 5A + X0 [20] o 4A + XY [21, 13]. Es posible que esto se debe a la variación natural dentro de Dirofilaria, pero Taylor [19] no tienen acceso a un cuerpo de los últimos trabajos publicados cytogeneticists que más tarde han sido capaces de aprovechar, y parece más probable que 4A + X0 fue un error. Post et al. [22] informó de que Onchocerca tarsicola de Alemania fue 4A + XY (es decir, n = 5), pero la misma especie de Suecia fue n = 3. Esta diferencia se atribuyó a la posible variación geográfica intraespecífica. La mayoría de los autores coinciden en que O. Vólvulo ha 3A + XY (es decir, n = 4). Sin embargo, Basáñez et al. [23] informó de n = 4 o 5, y Miller [24] informó de n = 5. Es probable que estos informes son el resultado de la variación de cromosomas B (véase más adelante), pero esto no puede explicar el viejo informe de Salazar Mallen et al. [25] de n = 2. En ausencia de pruebas que corroboren este informe podría ser pensado como un error resultantes del uso experimental de las secciones de tejido, que es una técnica de citogenética mayor edad que es más problemática que las nuevas técnicas de squash [26].

La Figura 2 muestra la evolución probable en el cariotipo filariae. 5A + X0 es probable que sea debido a la ancestral X0 cromosoma sexual sistema es el casi universal sistema cromosoma sexual entre los nematodos (véase más arriba), y XY, por lo tanto, el sistema es casi seguro que el derivado (neo-XY), resultante de la fusión de Autosome una a la antigua X-cromosoma. Hay una serie de mecanismos para cromosómicas esa fusión [27]. Si los cromosomas han localizado centromeres un Robertsonian translocación es más probable (es decir, uno que se produce en los centrómeros de manera que la resultante fragmentos aún tienen un solo centrómeros y por lo tanto puede disjoin regularmente en mitosis y meiosis). Si los cromosomas son holocentric casi cualquier tipo de fusión puede ocurrir, porque todos los fragmentos se mostrará centroméricas actividad y puede disjoin regularmente. En apoyo de la fusión postulado (por cualquier mecanismo cromosómicas), y los cinco autosomes el cromosoma X de la 5A + X0 todas las especies son aproximadamente del mismo tamaño que los demás, mientras que en el 4A + XY las cuatro especies y la autosomes Y - Cromosomas son de tamaño comparable, mientras que el cromosoma X (que podría ser un X-autosome producto de la fusión) es visiblemente más grande. El cariotipo XY 3A + observó en el caso de O. Y O. volvulus Gibsoni es probable que hayan sido derivados de la 4A + cariotipo XY por una fusión entre dos autosomes [12]. Los tamaños relativos de los diferentes cromosomas son compatibles con esta hipótesis en que una de las autosomes es claramente el más grande de los cromosomas, y presumiblemente la autosome-autosome producto de la fusión.

El patrón de evolución cariotipo (Figura 2] es posible que se refleje organismal evolución e indicar las relaciones taxonómicas. Todas las especies de filarioids que han sido examinados por sus cromosomas son de la familia Onchocercidae, y de tres subfamilias, Setariinae (Seteria spp), Dirofilariinae (Loa y Dirofilaria) y Onchocercinae (todas las demás especies en el Cuadro 1]. El presunto estado ancestral (5A + X0) ocurre en la Setariinae, la mayoría de los Onchocercinae y Loa loa (pero no Dirofilaria). Actualidad filogenético opinión ha sido incapaz de resolver los grandes clados de la Onchocercinae, que reducen a una estrella polytomy [28]. Loa forma un clado de este polytomy sin resolver, pero es constantemente Dirofilaria agrupados a lo largo de la Onchocerca clade. La reducción a 4A + XY se ha producido en los dos Dirofilaria y Onchocerca, y, por tanto, apoya la moleculares de datos, sino que también indica que la Onchocerca / Dirofilaria clado esté más estrechamente relacionados con el Wuchereria / Brugia clado ya que se encuentra en ambos.

La observación de que O. Vólvulo aparentemente comparte el mismo cariotipo como O. Gibsoni, pero no O. Ochengi o O. Dukei, podría ser tomado como evidencia de una estrecha relación filogenética, y Muller [29] Asimismo, consideró que O. Vólvulo fue más relacionadas con el O. Gibsoni sobre la base de la estructura de la cutícula. Sin embargo, Bain [30] sostuvo que O. Vólvulo taxonómicamente se parece mucho más a la O. Ochengi, y filogenia molecular reciente reconstrucción utilizando el 12s, 16s y ND5 genes mitocondriales muy apoya firmemente este punto de vista (Hojas Morales, y Cheke Post, datos no publicados). Si esto es cierto, que indican que los cariotipos de similares O. Y O. volvulus Gibsoni han sido producidos por la fusión de dos eventos (que tal vez ni siquiera han participado los mismos pares de autosomes), y es probable que esto se refleje en la posición exacta de la translocación de interrupción en el nivel molecular.

B-cromosomas y nucleolo organización de la región

Tanto O. Y O. volvulus Gibsoni han B-cromosomas [12, 14]. Estos son supernumery cromosomas, que no están presentes en cada persona, y cuando están presentes pueden ser haploides, diploides, triploides, tetraploide, etc, en diferentes individuos. El origen y la posterior evolución de los cromosomas B-es un problema de larga data en la genética [31]. B-cromosomas puede tener definido fenotípica afecta, pero siempre ha estado claro si este fue el resultado de genes específicos o una mera consecuencia de la presencia de un cromosoma extra. Es en gran medida desconoce si B transportar genes de los cromosomas-y si esos genes se repiten en otros lugares de la más constante de parte del genoma. En cualquier caso, si el origen de la 3A + cariotipo XY es el resultado de algún tipo de autosome-autosome esta fusión daría lugar a un nuevo gran autosome (véase la figura 2], y, posiblemente, un pequeño fragmento cromosómicas [27]. La naturaleza exacta del fragmento dependerá de la naturaleza exacta de la fusión y hay una serie de mecanismos potenciales cromosómicas, que en parte dependen de la naturaleza de los cromosomas. Procunier y Hirai [12] interpretó el B-cromosomas de la O. Vólvulo fragmentos cromosómicos que como resultado de una translocación Robertsonian (es decir, una translocación en el lugar de los centrómeros en una especie localizada con centromeres) que se han traducido en un nuevo gran autosome y un pequeño fragmento cromosómico. En tales casos, ambos productos podrían combinar con regularidad debido a que ambos tendrían un centrómeros. Si Onchocerca han holocentric cromosomas, el cromosoma cualquier fragmento mostrará centroméricas actividad y disjoin regularmente.

No ha habido intentos de caracterizar los diferentes cromosomas de cualquier filariae mediante bandeo cromosómico o citogenética molecular. Las únicas diferencias que se han observado diferencias son el tamaño y el sexo cromosómico diferencias (véase más arriba). Sin embargo, se ha producido un inédito estudio de tinción de plata O. Vólvulo (Post & Bella, datos no publicados). La tinción de plata es una técnica que manchas el nucleolo y, por tanto, pone de manifiesto la activa nucleolo organización de las regiones, que es donde el activo ribosómico (ADNr) los genes se encuentran [32]. En O. Vólvulo hubo un solo nucleolo región de la organización, situado en el centro de la larga autosome (Figura 3]. Puede haber otros inactivos grupos de ADNr en otras partes del genoma, y es interesante observar que ADNr veces ha sido implicado en los lugares de mutaciones cromosómicas (como translocaciones) en otros organismos, como los seres humanos [33].

Conclusión

1. Eutely no es ciertamente una característica de filarial desarrollo, y no parece ser una constante el número de células somáticas en diferentes etapas de desarrollo. Sin embargo, todavía es posible que el patrón constante en vez de verse en linajes de células Caenorhabditis está presente en algunos filariae en forma más flexible.

2. Aunque algunos autores han interpretado sus metafase cromosoma cifras como indicando localizado centromeres esto es inusual en los nematodos, que por lo general tienen holocentric cromosomas. Metafase meiótica los cromosomas presentan una inusual aparición de punta a punta en filariae emparejamiento, que no es compatible con tener un localizada centrómeros. La naturaleza de los centrómeros en filariae que queda por resolver.

3. Determinación sexual en filariae es cromosómicas, y fundamentalmente de la X0 tipo, aunque en algunas especies de la Onchocercidae esto ha sido modificado en segundo lugar en un sistema neo-XY por la fusión de un autosome en el cromosoma X de edad. X0 determinación del sexo es genéticamente un equilibrio del sistema, y es probable que sea similar a la descrita en el nivel molecular en Caenorhabditis.

4. El cariotipo de la primitiva Filarioidea se presume 5A + X0, ya que la determinación del sexo cromosómico X0 sistema parece ser casi universal entre los nematodos en general. Sin embargo, en algunos Onchocercidae ha habido un X-autosome fusión para producir un sistema neo-XY con cuatro pares autosómica (4A + XY). En O. Y O. volvulus Gibsoni se ha producido una nueva fusión de dos autosomes para producir un cariotipo de 3A + XY. Este segundo paso podría haber producido en forma independiente en las dos especies.

5. Tanto O. Y O. volvulus Gibsoni han B-cromosomas, probablemente como resultado de la translocación autosome-autosome que redujo el cariotipo para n = 4. Sin embargo, nada se sabe acerca de estos cromosomas en términos de su genética o posibles efectos fenotípicos.

6. En O. Vólvulo hay una sola región activa de la organización de nucleolo (donde se produce la activa ADNr) cerca del centro de la larga autosome, cerca del sitio de la fusión cromosómica evento.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

Agradecimientos

Philip McCall (Liverpool School of Tropical Medicine), siempre que la criopreservados larvales de Onchocerca volvulus. Litomosoides galizai y Monanema martini fueron amablemente proporcionados por el Dr Odile Bain (Museo Nacional de Historia Natural de París), y los especímenes de Litomosoides sigmodontis fueron proporcionados por el Dr Un Beg (Universidad de Salford, UK). La tinción de plata de la organización de nucleolo región se llevó a cabo en colaboración con el Dr Pepe Bella (Universidad Autónoma de Madrid). La muestra ilustra en la Figura 1 fue preparado por el Sr S Jolley (Universidad de Salford, UK).