- funcions
- Composició i estructura
- Compactació de la cromatina
- El codi de les histones i l'expressió genètica
- Eucromatina vs heterocromatina
- altres funcions
- referències
El nucleosoma és la unitat bàsica d'empaquetament de l'ADN en organismes eucariotes. Constitueix, per tant, l'element de compressió de la cromatina més petit.
El nucleosoma està construït com un octàmer d'proteïnes anomenades histones, o estructura en forma de tambor sobre la qual s'enrotllen uns 140 nt d'ADN, donant gairebé dues voltes completes.
estructura nucleosoma
Addicionalment, es considera que uns 40-80 nt addicionals d'ADN formen part de l'nucleosoma, i és la fracció d'ADN que permet la continuïtat física entre un nucleosoma i un altre en estructures cromatínicas més complexes (com la fibra de cromatina de 30 nm).
El codi de les histones va ser un dels primers elements de control epigenètics millor compresos molecularment.
funcions
Els nucleosomes permeten:
- El empaquetament de l'ADN per donar-li cabuda en el limitat espai de l'nucli.
- Determinen la partició entre la cromatina que s'expressa (eucromatina) i la cromatina silenciosa (heterocromatina).
- Organitzen tota la cromatina tant espacial com funcionalment en el nucli.
- Representen el substrat de les modificacions covalents que determinen l'expressió, i nivell d'expressió, dels gens que codifiquen per proteïnes a través de l'anomenat codi de les histones.
Composició i estructura
En el seu sentit més bàsic, els nucleosomes estan compostos per ADN i proteïnes. L'ADN pot ser, virtualment, qualsevol ADN de doble banda present en el nucli de la cèl·lula eucariota, mentre que les proteïnes nucleosómicas pertanyen, totes, a el conjunt de proteïnes anomenades histones.
Les histones són proteïnes de mida petita i amb una alta càrrega de residus d'aminoàcids bàsics; això permet contrarestar l'alta càrrega negativa de l'ADN i establir entre les dues molècules una eficient interacció física sense arribar a la rigidesa de l'enllaç químic covalent.
Les histones formen un octàmer a manera de tambor amb dues còpies o monòmers de cadascuna de les histones H2A, H2B, H3 i H4. L'ADN dóna gairebé dos girs complets sobre els costats de l'octàmer i continua després amb una fracció d'ADN linker que s'associa amb la histona H1, per tornar a donar dos girs complets en un altre octàmer d'histona.
El conjunt octàmer, ADN associat, i el seu corresponent ADN linker, és un nucleosoma.
Compactació de la cromatina
L'ADN genòmic està constituït per molècules extremadament llargues (més d'un metre en el cas de l'ésser humà, considerant tots els seus cromosomes), que han de ser compactades i organitzades dins d'un nucli extremadament petit.
El primer pas d'aquesta compactació es duu a terme per mitjà de la formació dels nucleosomes. Només amb aquest pas, l'ADN es compacta unes 75 vegades.
Això dóna origen a una fibra lineal a partir de la qual es construeixen els subsegüents nivells de compactació de la cromatina: la fibra de 30 nm, els llaços, i els llaços de llaços.
Quan una cèl·lula es divideix, bé per mitosi o per meiosi, el grau últim de compactació és el cromosoma mitòtic o meiòtic mateix, respectivament.
El codi de les histones i l'expressió genètica
El fet que els octámeros d'histona i l'ADN interactuïn electrostàticament explica en part la seva associació efectiva, sense perdre la fluïdesa requerida per fer dels nucleosomes elements dinàmics de compactació i decompactación de la cromatina.
Però hi ha un element d'interacció encara més sorprenent: els extrems N terminals de les histones queden exposats fora de l'interior de l'octàmer, més compacte i inert.
Aquests extrems no només interactuen físicament amb l'ADN, sinó que a més pateixen una sèrie de modificacions covalents dels quals dependrà el grau de compactació de la cromatina i d'expressió de l'ADN associat.
El conjunt de modificacions covalents, en termes de tipus i nombre, entre altres coses, es coneix col·lectivament com a codi de les histones. Aquestes modificacions inclouen fosforilació, metilació, acetilació, ubiquitinación i sumoilación dels residus d'arginina i lisina dels extrems N terminals de les histones.
Cada canvi, en conjunt amb altres dins de la mateixa molècula o en residus d'altres histones, particularment de les histones H3, han de determinar l'expressió o no de l'ADN associat, així com el grau de compactació de la cromatina.
Com a regla general s'ha vist, per exemple, que les histones hipermetiladas i hipoacetiladas determinen que l'ADN associat no s'expressi i que aquesta cromatina es presenti en un estat més compacte (heterocromático, i per tant, inactiu).
Per contra, l'ADN eucromático (menys compacte, i genèticament actiu) està associat amb una cromatina les histones estan hiperacetilades i hipometiladas.
Eucromatina vs heterocromatina
Ja hem vist que l'estatus de modificació covalent de les histones pot determinar el grau d'expressió i compactació de la cromatina local. A nivells globals, la compactació de la cromatina està sent igualment regulada per les modificacions covalents de les histones en els nucleosomes.
S'ha demostrat, per exemple, que l'heterocromatina constitutiva (que mai s'expressa, i està densament empaquetada) tendeix a situar-se adossada a la làmina nuclear, deixant lliures els porus nuclears.
Per la seva banda, l'eucromatina constitutiva (que s'expressa sempre, com la que inclou els gens de manteniment cel·lular, i se situa en regions de cromatina laxa), ho fa en grans llaços que exposen l'ADN a ser transcrit a la maquinària de transcripció.
Altres regions de l'ADN genòmic oscil·len entre aquests dos estats depenent de el temps de desenvolupament de l'organisme, de les condicions de creixement, de la identitat cel·lular, etc.
altres funcions
Per tal de donar compliment al seu pla de desenvolupament, expressió i manteniment cel·lular, els genomes dels organismes eucariotes han de regular finament quan i com han de manifestar-les seves potencialitats genètiques.
Partint llavors de la informació emmagatzemada en els seus gens, aquests són ubicats al nucli en regions particulars que determinen el seu estat transcripcional.
Podem dir, per tant, que un altre dels papers fonamentals dels nucleosomes, a través dels canvis de la cromatina que ajuda a definir, és l'organització o arquitectura de l'nucli que els allotja.
Aquesta arquitectura s'hereta i està filogenèticament conservada gràcies a l'existència d'aquests elements modulars d'empaquetament informacional.
referències
- Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6 th Edition). WW Norton & Company, New York, NY, USA.
- Brooker, RJ (2017). Genetics: Analysis and Principles. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
- Cosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Regulated nucleosome mobility and the histone code. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-1043.
- Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
- Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). An Introduction to Genetic Analysis (11 th ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.