Kinetoplast

Variazioni delle reti di kinetoplast sono state osservate e sono descritte dalla disposizione e dalla posizione dei loro kDNA.

• Un kinetoplasto pro-kDNA è una struttura simile a un fascio che si trova nella matrice mitocondriale prossimale al corpo basale flagellare. In contrasto con la rete kDNA convenzionale, un kinetoplast pro-kDNA contiene pochissima catenazione e i suoi maxicerchi e minicerchi sono rilassati invece di supercoiled. Pro-kDNA è stato osservato in Bodo saltans, Bodo designis, Procryptobia sorokini syn. Bodo sorokini, Rhynchomonas nasuta e Cephalothamnium cyclopi.
• Un kinetoplasto poli-kDNA è simile nella struttura del kDNA a un kinetoplasto pro-kDNA. Contiene poca catenazione e nessun supercooling. La caratteristica distintiva del poli-kDNA è che invece di essere composto da un singolo fascio globulare come nel pro-kDNA, il poli-kDNA è distribuito tra vari focolai discreti in tutto il lume mitocondriale. Poli-kDNA è stato osservato in Dimastigella trypaniformis (un commensale nell’intestino di una termite), Dismastigella mimosa (un kinetoplastide a vita libera) e Cruzella marina (un parassita dell’intestino di uno schizzo marino).
• Un kinetoplasto pan-kDNA, come poly-kDNA e pro-kDNA, contiene un grado minore di catenazione ma contiene minicerchi che sono supercoiled. I kinetoplasti Pan-kDNA riempiono la maggior parte della matrice mitocondriale e non sono limitati a focolai discreti come il poli-kDNA. Pan-kDNA è stato osservato in Cryptobia helicis (un parassita del receptaculum seminis delle lumache), Bodo caudatus e Cryptobia branchialis (un parassita dei pesci).
• Un kinetoplasto mega-kDNA è distribuito abbastanza uniformemente in tutta la matrice mitocondriale, ma non contiene minicerchi. Invece, sequenze di kDNA simili in sequenza ad altri cinetoplasti minicerchi sono collegati in tandem in molecole più grandi di circa 200kb di lunghezza. Mega-kDNA (o strutture simili a mega-kDNA) sono stati osservati in Trypanoplasme borreli (un parassita del pesce) e Jarrellia sp. (un parassita balena).

La presenza di questa varietà di strutture kDNA rafforza la relazione evolutiva tra le specie di kinetoplastidi. Come pan-kDNA assomiglia più da vicino un plasmide del DNA, può essere la forma ancestrale di kDNA.

ReplicamodiFica

Figura 8. Illustrazione della posizione del complesso proteico antipodale rispetto al disco kinetoplast (sopra) e della migrazione del minicircolo a questi complessi per la replicazione (sotto).

La replicazione del cinetoplasto avviene simultaneamente alla duplicazione del flagello adiacente e appena prima della replicazione del DNA nucleare. In una rete tradizionale di Crithidia fasciculata kDNA, l’inizio della replicazione è promosso dallo scollegamento dei minicerchi di kDNA tramite topoisomerasi II. I minicerchi liberi vengono rilasciati in una regione tra il cinetoplasto e la membrana mitocondriale chiamata zona kinetoflagellare (KFZ). Dopo la replicazione i minicirchi migrano da meccanismi sconosciuti ai complessi proteici antipodali che contengono diverse proteine di replicazione tra cui un’endonucleasi, un’elicasi, una DNA polimerasi, una DNA primasi e una DNA ligasi, che iniziano la riparazione delle discontinuità rimanenti nei minicirchi appena replicati.

Questo processo si verifica un minicircolo alla volta e solo un piccolo numero di minicerchi viene scollegato in un dato momento. Per tenere traccia di quali minicircoli sono stati replicati, dopo il ricongiungimento alla rete kDNA rimane un piccolo spazio nei minicircoli nascenti, che li identifica come già stati replicati. I minicerchi che non sono ancora stati replicati sono ancora chiusi in modo covalente. Immediatamente dopo la replicazione, ogni progenie è attaccata alla rete kDNA prossimale ai complessi proteici antipodali e le lacune sono parzialmente riparate.

Figura 9. Illustrazione della rotazione del cinetoplasto durante la replicazione del minicircolo.

Il kinetoplasto (K) divide prima e poi il nucleo (N) nella divisione di T. brucei

Man mano che la replica dei minicircoli progredisce, per evitare l’accumulo di nuovi minicircoli, l’intera rete kDNA ruoterà attorno all’asse centrale del disco. Si ritiene che la rotazione sia direttamente collegata alla replicazione del flagello adiacente, poiché il corpo basale della figlia ruoterà anche attorno al corpo basale della madre in modo simile alla rotazione del cinetoplasto. Ruotando, i minicircoli del kinetoplast figlia vengono assemblati in modo a spirale e iniziano a muoversi verso l’interno verso il centro del disco come nuovi minicircoli vengono scollegati e spostati nel KFZ per la replica.

Mentre i meccanismi esatti per il maxicircle kDNA devono ancora essere determinati nello stesso dettaglio del minicircle kDNA, si osserva una struttura chiamata nabelschnur (in tedesco “cordone ombelicale”) che lega le reti KDNA figlie ma alla fine si rompe durante la separazione. Utilizzando sonde FISH per indirizzare il nabelschnur, è stato trovato per contenere maxicircle kDNA.

La replicazione del cinetoplasto è descritta come avvenuta in cinque fasi, ciascuna in relazione alla replicazione del flagello adiacente.

• Fase I: Il kinetoplasto non ha ancora iniziato la replicazione, non contiene complessi proteici antipodali ed è posizionato rispetto a un singolo corpo basale flagellare.
• Stadio II: Il kinetoplasto inizia a mostrare complessi proteici antipodali. Il corpo basale flagellare inizia la replicazione, così come il cinetoplasto. L’associazione del cinetoplasto replicante ai due corpi basali lo fa sviluppare un aspetto a cupola.
• Stadio III: Il nuovo flagello inizia a separarsi e il cinetoplasto assume una forma bilobata.
• Fase IV: I kinetoplasti appaiono come dischi separati ma rimangono collegati dal nabelschnur.
• Stadio V: I kinetoplasti della figlia sono completamente separati mentre il nabelschnur è rotto. La loro struttura è identica a quella vista nella fase I.