L'identità centromerica

Nei viventi tutti i fenomeni chimici e fisici che avvengono sono in movimento quindi anche per quanto riguarda l'identità centromerica, questo è un processo ciclico ed epigenetico. Tutto questo deriva dal fatto che una regione è in grado di specificare un centromero in quanto è impacchettata come cromatina centromerica e non come cromatina del resto del genoma e probabilmente questo avviene perché risultava impacchettata così già nel ciclo cellulare precedente. Per capire come viene propagata l'identità centromerica è importante capire come viene replicata la cromatina centromerica che è definita dalla proteina CENP-A, determinante per la formazione del centromero attivo. Si suppose che questa cromatina doveva essere temporaneamente, spazialmente e fisicamente separata dal resto del DNA in cui abbiamo il normale istone H3. Esistono vari modelli: (1) il primo è basato sul tempo di replicazione, replication-time model: CENP-A può essere incorporate nei centromeri in quanto queste regioni replicano molto tardi nella fase S in un momento in cui la cromatina che contiene H3 è già stata duplicata, quindi due momenti diversi della replicazione. Lo stesso concetto potrebbe capovolgersi affermando che le regioni centromeriche replichino prima del rimanente DNA. (2) nel secondo modello, nuclear organization model, l'incorporazione di CENP-A nel centromero avviene tramite il sequestro dei fattori, denominati CAF (fattori di assemblaggio del centromero), che assemblano il centromero in domini isolati, cioè isolano il dominio centromerico dal resto della cromatina.
Con successivi studi basati sempre su questi due modelli, che non si escludono a vicenda, si è visto che in Saccharomyces cerevisiae il DNA centromerico  replica all'inizio della fase S e che Cse4 (analoga di CENP-A) è espressa durante tutto il ciclo cellulare a bassi livelli. Non si conosce ancora quando quest'ultima venga depositata nella cromatina e se l'assemblaggio del centromero è legato alla replicazione. In Schizosaccaromyces pompe, invece, l'espressione di Cenp1 (cioè la presenza di mRNA di Cenp1) avviene tra la fase G1 e la fase S, probabilmente questa proteina viene incorporata nel DNA prima della fase S. Anche in questo caso c'è contemporaneità con la replicazione della cromatica e massima presenza di CENP-A.  In Drosophila melanogaster, la proteina cdi è incorporate nei centromeri in assenza di replicazione del DNA. Inoltre, di recente è stato dimostrato che i centromeri di questo organismo in vivo replicano in maniera asincrona, quindi non replicano tutti nello stesso momento, tra la metà e la fine di S, simultaneamente alla cromatina che contiene H3. Infine, in Homo sapiens, l'mRNA e i livelli proteici di CENP-A sono altissimi nella tarda fase S e in G2. I centromeri umani replicano in maniera asincrona tra la metà e la fine della fase S e CENP-A è assemblata attivamente in G2. Inoltre, la proteina istone-like (CENP-A) è incorporata nei centromeri anche quando la replicazione è bloccata. Non c'è quindi simultaneità, come in Drosophila, tra processo di replicazione e il momento di assemblaggio della CENP-A. Gli scienziati, avendo tutti questi dati in Homo sapiens, hanno studiato successivamente il meccanismo post-replicativo cercando di capire quale complesso proteico fosse in grado di indurre l'incorporazione di CENP-A in maniera specifica dei centromeri. Questi “fattori di caricamento” (loading factor) potrebbero riconoscere i nucleosomi contenenti CENP-A segregati nei cromatidi fratelli, e quindi depositare questa proteina ristabilendo il contenuto dei due cromatidi. Lo stesso meccanismo è valido anche per l'istone H3 nella cromatina non centromerica.