Cromatina
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La cromatina está formada por el ADN con la información genética y las proteínas que lo empaquetan que se encuentran dentro del núcleo. La cromatina es una estructura dinámica que adapta su estado de compactación y empaquetamiento para optimizar los procesos de replicación, transcripción y reparación del ADN.
Sumario
Descripción
Las unidades básicas de la cromatina son los nucleosomas. Estos se encuentran formados por aproximadamente 146 pares de bases , asociados a un complejo específico de 8 histonas nucleosómicas .Cada partícula tiene una forma de disco, con un diámetro de 11 nm y contiene dos copias de cada una de las 4 histonas H3, H4, H2A y H2B. Este octámero forma un núcleo proteico, alrededor del cual se enrolla la hélice de ADN de aproximadamente 1,8 vueltas. Entre cada una de las asociaciones de ADN e histonas existe un ADN libre llamado ADN espaciador, de longitud variable entre 0 y 80 pares de nucleótidos que garantiza flexibilidad a la fibra de cromatina. Este tipo de organización, permite un primer paso de compactación del material genético, y da lugar a una estructura parecida a un collar de cuentas. Posteriormente, un segundo nivel de organización de orden superior lo constituye la "fibra de 30nm", compuesta por grupos de nucleosomas empaquetados unos sobre otros adoptando disposiciones regulares gracias a la acción de la histona H1. Finalmente, continúa el incremento del empaquetamiento del ADN hasta obtener los cromosomas que observamos en la metafase, este es el máximo nivel de condensación del ADN.
Tipos de Cromatina
Heterocromatina
Es una forma inactiva condensada localizada sobre todo en la periferia del núcleo, que se tiñe fuertemente con las coloraciones. En 1928 Emil HEITZ, basándose en observaciones histológicas, definió la heterocromatina (HC) como los segmentos cromosómicos que aparecían muy condensados y oscuros en el núcleo en interfase. De hecho, la cromatina está formada de una maraña de fibras cuyo diámetro no solo varía durante el ciclo celular sino que también depende de la región del cromosoma observada.
Eucromatina
Es una forma de la cromatina ligeramente compactada con una gran concentración de genes, forma activa, está formada por una fibra de un diámetro que corresponde al del nucleosoma, que es un segmento de ADN bicatenario enrollado alrededor de homodímeros de las histonas H2A, H2B, H3, y H4. En la eucromatina inactiva, esta fibra se enrolla sobre sí misma gracias a las histonas H1 para formar el solenoide. La interacción con otras proteínas no histonas (topoisomerasa II, proteínas de andamiaje, lamininas,) provoca mayores grados de organización. En cuanto a la heterocromatina, la fibra que la constituye se encuentra más condensada y a menudo aparece formada por agregados. Su formación require numerosas proteínas adicionales, que incluyen las proteínas HP1 (Heterochromatin Protein 1 o proteína de la heterocromatina1).
Tipos heterocromatina
Constitutiva
Idéntica para todas las células del organismo y que carece de información genética, incluye a los telómeros y centrómeros del cromosoma que no expresan su ADN. La heterocromatina constitutiva contiene un tipo particular de ADN denominado ADN satélite, formado por gran número de secuencias cortas repetidas en tándem. Los tipos principales de este ADN son el ADN satélite alfa, y los ADN satélite I, II y III. Estas secuencias de ADN satélite son capaces de plegarse sobre sí mismas y pueden tener un papel importante en la formación de la estructura altamente compacta de la heterocromatina constitutiva. La heterocromatina constitutiva es estable y conserva sus propiedades heterocromáticas durante todas las etapas del desarrollo y en todos los tejidos. La heterocromatina constitutiva es altamente polimórfica, probablemente debido a la inestabilidad del ADN satélite. Este polimorfismos puede afectar, no solamente a su tamaño sino también a la localización de la heterocromatina, y aparentemente no tiene un efecto fenotípico. La heterocromatina constitutiva se encuentra fuertemente teñida en la técnica de bandas C, lo que es el resultado de una renaturalización muy rápida del ADN satélite tras la desnaturalización.
Facultativa
Diferente en los distintos tipos celulares, contiene información sobre todos aquellos genes que no se expresan o que pueden expresarse en algún momento. Incluye al ADN satélite y al corpúsculo de Barr. La heterocromatina facultativa se caracteriza por la presencia de secuencias repetidas tipo LINE. Estas secuencias, dispersas a lo largo del genoma, podrían promover la propagación de una estructura de cromatina condensada. La heterocromatina facultativa es reversible, su estado heterocromático depende de la etapa del desarrollo y del tipo celular. Dos ejemplos de este tipo de heterocromatina son el cromosoma X inactivo (cuerpo de Barr) de las células somáticas femeninas y la vesícula sexual inactiva en la etapa del paquiteno de las meiosis masculinas. La heterocromatina facultativa no es particularmente rica en ADN satélite, y por ello, no es polimórfica. La heterocromatina facultativa no se encuentra nunca teñida en la técnica de bandas C.
Propiedades de la heterocromatina
A pesar de las diferencias descritas anteriormente, la heterocromatina constitutiva y la heterocromatina facultativa tienen propiedades muy similares. 1.La heterocromatina está condensada. Este es, de hecho, lo que define la heterocromatina, y por ello es aplicable tanto a la heterocromatina constitutiva como a la facultativa. Esta elevada condensación la hace fuertemente cromofílica e inaccesible a la DNAsa I y, en general, a otras enzimas de restricción. 2.El ADN de la heterocromatina se replica más tarde. La incorporación de varios análogos de nucleótidos muestra que el ADN de ambos tipos de heterocromatina se replica tarde. Esto es el resultado, por un lado, de su elevado grado de condensación, que evita que la maquinaria replicativa accede fácilmente al ADN y, por otro lado, de su localización en un dominio nuclear periférico pobre en elementos activos. 3.El ADN de la heterocromatina se encuentra metilado.
- El ADN de la heterocromatina constitutiva se encuentra altamente metilado en las citosinas. Por ello, un anticuerpo anti-5-metil citosina marca fuertemente todas las regiones de este tipo de heterocromatina.
- Por lo que se refiere a la heterocromatina facultativa, la metilación de su ADN es menor, aunque los análisis mediante enzimas de restricción sensibles a metilación revelan una importante metilación de los islotes CpG, específicamente localizados en las regiones que controlan la expresión de los genes.
4.En la heterocromatina las histonas se encuentran hipoacetiladas. Las histonas puede sufrir una serie de modificaciones post-traduccionales en sus extremos N-terminales que pueden afectar a la propia actividad genética de la cromatina.
- La hipoacetilación de las colas N-terminales de las histonas, principalmente en las lisinas, están asociadas con la cromatina inactiva. Por el contrario, las histonas hiperacetiladas son características de la cromatina activa.
- La acetilación/desacetilación de histonas es un mecanismos absolutamente esencial para el control de la expresión génica. Existen numerosos factores de transcripción que presentan una actividad acetiltransferasa de histonas (HAT, Histone Acetyl Transferase) o desacetilasa de histonas (HDAc o Histone De-Acetylase).
5.Las histonas de la heterocromatina se encuentran metiladas en la lisina 9. La metilación de la lisina 9 de la histona H3 (H3-K9) parece que está muy relacionada con el proceso de heterocromatinización del genoma, tanto en la formación de heterocromatina constitutiva como facultativa. 6.La heterocromatina es transcripcionalmente inactiva.
- A diferencia de lo que ocurre en Drosophila, la heterocromatina constitutiva humana no contiene genes y la incorporación de uridina tritiada en los cultivos celulares no producen ningún tipo de marcaje a este nivel.
- La heterocromatina facultativa es relativamente pobre en genes, y éstos generalmente no se transcriben en el estado de heterocromatina.
7.La heterocromatina no participa en la recombinación genética.
- De modo general se acepta que la heterocromatina constitutiva no participa en la recombinación genética. La no existencia de un emparejamiento preliminar de las regiones heterocromatínicas homólogas se podría deber al polimorfismo característico de estas regiones que lo dificultarían, aunque no lo harían imposible. La heterocromatina constitutiva también actúa reprimiendo la recombinación en la regiones de eucromatina adyacentes.•Por lo que respecta a la heterocromatina facultativa, tampoco participa en la recombinación meiótica cuando se encuentra en su forma inactiva.
Cromatina en la expresión genética
Además de las modificaciones de las histonas, existen también maquinarias remodeladoras de la cromatina, como por ejemplo SAGA, que se encargan de reposicionar nucleosomas, ya sea desplazándolos, rotándolos, o incluso desensamblándolos parcialmente, retirando algunas de las histonas constituyentes del nucleosoma y luego volviéndolos a colocar. En general las maquinarias remodeladoras de la cromatina son esenciales para el proceso de transcripción en eucariotas, ya que permiten el acceso y procesividad de las polimerasas. Otra forma de marcación de la cromatina como "inactiva" puede darse a nivel de la metilación del ADN, en citosinas que pertenezcan a dinucleótidos CpG. En general la metilación del ADN y de la cromatina son procesos sinérgicos, ya que, por ejemplo, al metilarse el ADN, existen enzimas metiladoras de histonas que pueden reconocer citosinas metiladas, y metilan histonas próximas. Del mismo modo, encimas que metilan el ADN pueden reconocer histonas metiladas, y así seguir con la metilación a nivel de ADN. Todas estas modificaciones forman parte de la familia de las modificaciones epigenéticas.
