Biólogos descubren que los centrómeros, el corazón de los cromosomas, están entre las regiones del ADN humano que más rápido evolucionan
Parecen diseñados para garantizar la estabilidad de nuestros cromosomas, pero los centrómeros esconden una sorprendente paradoja: su ADN cambia a una velocidad extraordinaria. Un gran estudio genómico revela ahora cómo evolucionan estas regiones esenciales y por qué el lugar donde se organiza la división cromosómica es también el que muta más deprisa.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Cromosomas humanos en metafase observados mediante inmunofluorescencia. El ADN aparece teñido en azul, mientras que el verde señala la proteína CENP-A, una variante de la histona característica de los centrómeros y fundamental para establecer el lugar donde se forma el cinetocoro. Cortesía: Beth A. Sullivan / Duke University.
Hay territorios del genoma humano que hasta hace muy poco eran prácticamente zonas en blanco en el mapa. No porque carecieran de importancia, sino porque su peculiar arquitectura los hacía extraordinariamente difíciles de leer.
Entre ellos están los centrómeros, regiones situadas en el estrechamiento característico de los cromosomas que juegan un papel protagonista cada vez que una célula se divide.
Un estudio genómico a gran escala revela ahora que estos lugares no solo son mucho más diversos de lo que se pensaba: albergan algunas de las secuencias de ADN que evolucionan más deprisa del genoma humano.
El hallazgo resulta paradójico.
Qué son los centrómeros y por qué son esenciales
Recordemos que los centrómeros desempeñan una de las funciones más delicadas y críticas de la biología celular: garantizan que los cromosomas se repartan de forma correcta durante la división de una célula en dos. Cuando una célula se prepara para multiplicarse, cada juego de cromosomas —en el caso de los humanos, veintitrés pares— debe acabar en el lugar correcto.
Sobre el centrómero se organiza el cinetocoro, una compleja estructura de proteínas que funciona como punto de enganche para los microtúbulos, diminutas fibras que forman el huso celular, una especie de maquinaria de cables que, durante la división de la célula, se une a los cromosomas y tira de ellos para repartirlos correctamente entre las dos células hijas.
Un fallo en esta operación puede producir células con cromosomas de más o de menos, las llamadas aneuploidías, relacionadas con trastornos del desarrollo, la infertilidad y el cáncer.
Sería razonable imaginar, por tanto, que una maquinaria tan esencial descansara sobre una porción del genoma extraordinariamente estable. La realidad parece ser justo la contraria.
El mayor mapa de la diversidad de los centrómeros humanos
El trabajo, realizado por un amplio equipo internacional dirigido por Glennis A. Logsdon, de la Universidad de Pensilvania (Estados Unidos) y publicado en la revista Nature, ofrece una de las panorámicas más detalladas obtenidas hasta ahora de la diversidad y evolución de los centrómeros humanos. Los científicos ensamblaron inicialmente 2.110 centrómeros completos de 65 personas pertenecientes a veintiocho grupos poblacionales de cinco continentes.
Después ampliaron el análisis con miles de centrómeros procedentes del Human Pangenome Reference Consortium y con los de una familia de veintiocho miembros seguida durante cuatro generaciones. En total, el estudio incorpora información de 8.340 centrómeros.
Hasta hace muy poco, semejante análisis habría sido prácticamente imposible. El problema reside en la peculiar arquitectura de estas regiones. Buena parte de los centrómeros está formada por largas extensiones de ADN satélite alfa, secuencias muy similares que se repiten una y otra vez, como si alguien hubiera copiado miles de veces frases casi idénticas dentro de un libro. Las técnicas tradicionales de secuenciación tenían enormes dificultades para saber dónde terminaba una repetición y empezaba la siguiente.
La maquinaria que separa nuestros cromosomas en plena acción. Durante la división celular, los microtúbulos del huso (rojo) se conectan con los centrómeros (verde) para separar y repartir correctamente las copias del ADN (azul) entre las células hijas. Este mecanismo de enorme precisión depende del centrómero, una región que el nuevo estudio revela como sorprendentemente dinámica y evolutivamente cambiante. Cortesía: © Alba Abad Fernandez.
La tecnología que han hecho posible el hallazgo
La llegada de la secuenciación de fragmentos largos (long-read sequencing, en inglés) y de los nuevos métodos capaces de ensamblar cromosomas completos de telómero a telómero —la región de ADN que protege los extremos de los cromosomas— ha cambiado el panorama.
Al mirar donde antes apenas había una mancha borrosa, los investigadores han encontrado una diversidad extraordinaria. Identificaron 226 grandes haplotipos centroméricos y nada menos que 1.870 variantes nuevas de las repeticiones de orden superior del ADN satélite alfa.
En palabras sencillas, esto significa que los centrómeros pueden presentar numerosas versiones entre unas personas y otras, con diferencias en la cantidad, el orden y la organización de las secuencias repetitivas de ADN que los forman.
Los centrómeros pueden cambiar enormemente de tamaño
Los centrómeros tampoco tienen un tamaño uniforme. Las regiones repetitivas asociadas al cinetocoro miden de media unos 2,5 millones de pares de bases, pero existen diferencias enormes entre cromosomas e individuos. En el cromosoma 6, por ejemplo, la longitud puede variar más de veintiún veces entre los extremos observados.
Hay además grandes inversiones, duplicaciones y deleciones capaces de reorganizar cientos de miles e incluso millones de letras de ADN.
➡️ «Lo que aparece al estudiar los centrómeros a escala poblacional es un paisaje extraordinariamente dinámico», vienen a señalar los autores. Lejos de representar piezas rígidas de los cromosomas, sus secuencias pueden reorganizarse mediante numerosos mecanismos y hacerlo en escalas temporales que abarcan desde acontecimientos evolutivos antiguos hasta cambios sorprendentemente recientes.
El cinetocoro no aparece en cualquier lugar
Una de las sorpresas del estudio se encuentra precisamente en el lugar donde se construye el cinetocoro. En el 94% de los centrómeros analizados existe un único sitio del cinetocoro, pero alrededor del 6 % posee dos y, excepcionalmente, pueden aparecer tres. Los investigadores comprobaron además que algunas de estas configuraciones pueden transmitirse de padres a hijos.
El lugar elegido para levantar esa plataforma molecular tampoco parece fruto del azar. Los sitios del cinetocoro tienden a asentarse sobre secuencias de ADN satélite especialmente parecidas y homogéneas. Es como si, dentro de una enorme avenida pavimentada con baldosas ligeramente distintas, la maquinaria celular prefiriera instalarse sobre las zonas donde las baldosas son más uniformes.
Y aquí aparece la gran paradoja del estudio. Precisamente esas regiones homogéneas sobre las que se establece una estructura indispensable para la estabilidad de los cromosomas son también especialmente propensas a cambiar.
La zona más importante es también la que muta más deprisa
Para medir dicha variabilidad, los investigadores reconstruyeron la historia evolutiva de los centrómeros y estimaron sus tasas de mutación. Encontraron diferencias de hasta veinte veces entre unos cromosomas y otros. El centrómero del cromosoma Y se encuentra entre los más lentos; el del cromosoma 1, entre los más rápidos.
Pero el resultado más revelador surgió al observar directamente la aparición de mutaciones nuevas en una familia durante cuatro generaciones.
Las repeticiones satélite alfa activas acumulaban mutaciones aproximadamente 3,4 veces más deprisa que las secuencias únicas situadas alrededor del centrómero. En la región concreta asociada al cinetocoro —identificada mediante una zona característica de ADN hipometilado conocida como CDR— la diferencia alcanzaba aproximadamente 5,9 veces. Dentro del propio centrómero, esa zona presentaba además una tasa de sustituciones de una sola letra alrededor de 1,8 veces superior a la del resto de la matriz repetitiva activa.
Para los investigadores, este comportamiento es una de las claves del trabajo: el sitio funcionalmente más importante del centrómero es también su zona más dinámica. La explicación podría encontrarse precisamente en la extraordinaria semejanza entre sus secuencias repetidas. Esa homogeneidad facilita intercambios desiguales, recombinaciones y reorganizaciones del ADN capaces de generar nuevas variantes.
Una carrera armamentística en el núcleo celular
Los datos permiten plantear una especie de ciclo evolutivo. El cinetocoro se establece preferentemente sobre una región de ADN muy homogénea. Con las generaciones, las mutaciones y reorganizaciones van alterándola. La zona pierde parte de esa uniformidad y cambia también su paisaje epigenético.
Finalmente, el cinetocoro puede desplazarse hacia otro lugar más favorable del centrómero. Allí comienza de nuevo el proceso.
➡️ Los autores describen el fenómeno como una «carrera armamentística» entre el ADN centromérico y las proteínas que interactúan con él: una cinta de correr evolutiva en la que los cambios genéticos modifican el entorno epigenético y este, a su vez, condiciona dónde funciona el centrómero.
Huellas de neandertales y denisovanos en algunos centrómeros
El estudio también ha encontrado huellas mucho más antiguas. Algunos haplotipos, o sea, las distintas combinaciones de variantes del ADN que se encuentran juntas en una misma región del genoma y suelen heredarse como un bloque, de los cromosomas 10 y 21 contienen señales compatibles con ADN heredado de homininos arcaicos, incluidos neandertales y denisovanos. Estos últimos fueron un grupo de humanos arcaicos, emparentados con los neandertales, que vivieron en Asia y se cruzaron con el Homo sapiens. Por eso, algunas poblaciones humanas actuales conservan ADN denisovano en su genoma.
En el cromosoma 21 aparece un linaje centromérico cuya divergencia se remonta aproximadamente a 1,2 millones de años y que solo se encontró en individuos no africanos de la muestra. Los investigadores detectaron en él una abundancia significativa de secuencias características de genomas arcaicos. Advierten, sin embargo, de que existen explicaciones alternativas y que la introgresión no puede considerarse definitivamente demostrada.
En el extremo temporal opuesto, algunas configuraciones parecen casi recién llegadas. Una variante del centrómero del cromosoma 1 que contiene una enorme duplicación de varios millones de bases podría haber surgido durante los últimos 10.000 años, unas 500 generaciones humanas.
Los centrómeros no siempre ocupan posiciones uniformes dentro del núcleo celular. En esta imagen de microscopía, los núcleos aparecen en verde y los centrómeros en magenta, mostrando su distribución desigual en el interior de las células. Estas regiones de los cromosomas, esenciales para su correcta segregación durante la división celular, presentan una diversidad estructural y genética mucho mayor de lo que se pensaba. Cortesía: Sachihiro Matsunaga / The University of Tokyo.
Qué relación guardan los centrómeros con las enfermedades humanas
Otra observación abre una posible conexión con la medicina. Aproximadamente el 30 % de los centrómeros estudiados contiene elementos móviles —secuencias como L1 o Alu capaces de insertarse en diferentes lugares del genoma— dentro de sus matrices satélite. En una pequeña proporción, estas inserciones alcanzan el propio sitio del cinetocoro y modifican su patrón de metilación.
El caso del cromosoma 16 resulta especialmente llamativo: estas inserciones dentro de la región del cinetocoro aparecen allí con una frecuencia diecisiete veces superior a la observada en los demás cromosomas.
Es una coincidencia sugerente, porque el cromosoma 16 presenta una elevada tasa de errores de separación durante la meiosis —el proceso de división celular que produce los óvulos y espermatozoides, y que reduce a la mitad el número de cromosomas para que, al unirse en la fecundación, se recupere el número normal— y es uno de los cromosomas que con mayor frecuencia se gana o pierde en embriones aneuploides, esto es, aquellos cuyas células tienen un número incorrecto de cromosomas, porque poseen alguno de más o de menos.
Por qué este estudio cambia nuestra visión del genoma humano
Eso no significa que el estudio haya demostrado que las inserciones provoquen esos errores. Los propios investigadores reclaman experimentos específicos para averiguarlo. Pero, según plantean, descubrir alteraciones estructurales precisamente dentro del lugar donde se engancha la maquinaria encargada de separar los cromosomas abre la posibilidad de que determinadas variantes centroméricas influyan en la fidelidad de la segregación cromosómica y, quizá, en diferencias de riesgo de aneuploidía, infertilidad o inestabilidad cromosómica asociada a algunas enfermedades.
El trabajo cambia así una vieja imagen del genoma. Durante años, las enormes extensiones repetitivas de los centrómeros fueron tratadas en buena medida como un problema técnico, páginas difíciles de reconstruir dentro del libro de nuestro ADN. Ahora empiezan a revelarse como uno de sus capítulos más dinámicos.
Y quizá esa sea la mayor sorpresa: en el corazón de cada cromosoma, justo donde la célula necesita máxima precisión para transmitir correctamente su información genética, la evolución parece haber instalado una de sus zonas de cambio más acelerado. La estabilidad de nuestros cromosomas, paradójicamente, podría depender de una región que nunca deja del todo de transformarse.▪️(13-agosto-2026)
- Los investigadores analizaron 8.340 centrómeros humanos mediante genómica poblacional, secuenciación de lectura larga y seguimiento multigeneracional.
- Identificaron 226 haplotipos centroméricos y 1.870 variantes nuevas de ADN satélite alfa.
- Los centrómeros presentan diferencias de hasta 20 veces en su tasa de mutación.
- La región asociada al cinetocoro es la parte del centrómero que cambia más rápidamente.
- Las secuencias activas de satélite alfa mutan unas 3,4 veces más rápido que el ADN único cercano.
- La zona asociada al cinetocoro alcanza aproximadamente 5,9 veces la tasa de mutación del ADN pericentromérico único.
- Algunos centrómeros conservan posibles huellas de neandertales y denisovanos.
BIOLOGÍA SINTÉTICA
PREGUNTAS & RESPUESTAS: Centrómeros y Mutaciones
🧬 ¿Qué es un centrómero?
El centrómero es una región especializada de cada cromosoma donde se organiza el cinetocoro, la estructura que permite enganchar el cromosoma al huso celular y repartirlo correctamente durante la división celular.
🧬 ¿Qué es el cinetocoro?
El cinetocoro es un complejo formado por numerosas proteínas que se construye sobre el centrómero. Actúa como punto de unión entre el cromosoma y los microtúbulos responsables de moverlo durante la mitosis y la meiosis.
🧬 ¿Por qué eran tan difíciles de estudiar los centrómeros?
Porque están formados principalmente por enormes bloques de secuencias repetitivas de ADN satélite alfa. Las tecnologías tradicionales tenían dificultades para distinguir y ordenar correctamente miles de repeticiones casi idénticas.
🧬 ¿Son iguales los centrómeros de todas las personas?
No. El estudio revela grandes diferencias de tamaño, estructura, secuencia y organización epigenética entre individuos y poblaciones humanas.
🧬 ¿Qué región del centrómero muta más rápido?
La región asociada al sitio del cinetocoro, conocida como CDR por su patrón característico de hipometilación, presenta las mayores tasas de cambio observadas dentro del centrómero.
🧬 ¿Cuánto más rápido mutan los centrómeros?
Las matrices activas de ADN satélite alfa mutan alrededor de 3,4 veces más rápido que las secuencias únicas próximas, mientras que la región asociada al cinetocoro alcanza aproximadamente 5,9 veces esa tasa.
🧬 ¿Hay ADN neandertal en los centrómeros humanos?
El estudio encuentra en algunos haplotipos de los cromosomas 10 y 21 señales compatibles con una posible introgresión procedente de homininos arcaicos, incluidos neandertales y denisovanos. Los autores señalan que todavía no pueden descartarse otras explicaciones evolutivas.
🧬 ¿Puede la variación de los centrómeros causar enfermedades?
El trabajo no establece una relación causal. Sí plantea que algunas alteraciones podrían afectar a la correcta separación de los cromosomas y resultar relevantes para estudiar aneuploidías, infertilidad e inestabilidad cromosómica. Se necesitan más experimentos para confirmarlo.
BIOLOGÍA MOLECULAR
Fuente: Gao, S., Oshima, K. K., Chuang, S. C. et al. A global view of human centromere variation and evolution. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10841-9
