La eucromatina (también llamada " cromatina abierta ") es una forma ligeramente empaquetada de cromatina ( ADN , ARN y proteína ) que está enriquecida en genes y a menudo (pero no siempre) se encuentra bajo transcripción activa . La eucromatina contrasta con la heterocromatina , que está muy compacta y es menos accesible para la transcripción. El 92% del genoma humano es eucromático. [1]
En los eucariotas , la eucromatina comprende la porción más activa del genoma dentro del núcleo celular . En los procariotas , la eucromatina es la única forma de cromatina presente; esto indica que la estructura de la heterocromatina evolucionó más tarde junto con el núcleo , posiblemente como un mecanismo para manejar el aumento del tamaño del genoma.
La eucromatina se compone de subunidades repetidas conocidas como nucleosomas , que recuerdan a un conjunto de cuentas desplegadas en una cuerda, que tienen aproximadamente 11 nm de diámetro. [2] En el núcleo de estos nucleosomas hay un conjunto de cuatro pares de proteínas histonas : H3 , H4 , H2A y H2B . [2] Cada proteína histona central posee una estructura de "cola", que puede variar de varias maneras; Se cree que estas variaciones actúan como "interruptores de control maestro" a través de diferentes estados de metilación y acetilación , que determinan la disposición general de la cromatina. [2] Aproximadamente 147 pares de bases de ADN están enrollados alrededor de los octámeros de histonas, o un poco menos de 2 vueltas de la hélice. [3] Los nucleosomas a lo largo de la cadena están unidos entre sí a través de la histona H1 , [4] y un espacio corto de ADN conector abierto , que oscila entre 0 y 80 pares de bases. La distinción clave entre la estructura de la eucromatina y la heterocromatina es que los nucleosomas en la eucromatina están mucho más espaciados, lo que permite un acceso más fácil de diferentes complejos de proteínas a la cadena de ADN y, por lo tanto, una mayor transcripción genética . [2]
La eucromatina se asemeja a un conjunto de cuentas en una cuerda a grandes aumentos. [2] Desde más lejos, puede parecerse a una bola de hilo enredado, como en algunas visualizaciones con microscopio electrónico . [5] Tanto en visualizaciones microscópicas ópticas como electrónicas, la eucromatina aparece de color más claro que la heterocromatina , que también está presente en el núcleo y aparece de forma oscura [6] , debido a su estructura menos compacta. [5] Al visualizar los cromosomas , como en un cariograma , se utilizan bandas citogenéticas para teñir los cromosomas. El bandeo citogenético nos permite ver qué partes del cromosoma están formadas por eucromatina o heterocromatina para poder diferenciar subsecciones, irregularidades o reordenamientos cromosómicos. [7] Un ejemplo de ello son las bandas G , también conocidas como tinción de Giemsa , donde la eucromatina parece más clara que la heterocromatina. [8]
La eucromatina participa en la transcripción activa del ADN en productos de ARNm . La estructura desplegada permite que las proteínas reguladoras de genes y los complejos de ARN polimerasa se unan a la secuencia de ADN, lo que luego puede iniciar el proceso de transcripción. [2] Si bien no toda la eucromatina se transcribe necesariamente, ya que la eucromatina se divide en dominios transcripcionalmente activos e inactivos, [13] la eucromatina todavía se asocia generalmente con la transcripción activa de genes. Por lo tanto, existe una relación directa con el grado de actividad productiva de una célula y la cantidad de eucromatina que se puede encontrar en su núcleo.
Se cree que la célula utiliza la transformación de eucromatina en heterocromatina como método para controlar la expresión y replicación de genes , ya que dichos procesos se comportan de manera diferente en cromatina densamente compactada. Esto se conoce como la "hipótesis de la accesibilidad". [14] Un ejemplo de eucromatina constitutiva que "siempre está activada" son los genes de mantenimiento , que codifican las proteínas necesarias para las funciones básicas de la supervivencia celular. [15]
La epigenética implica cambios en el fenotipo que pueden heredarse sin cambiar la secuencia del ADN. Esto puede ocurrir a través de muchos tipos de interacciones ambientales. [16] Con respecto a la eucromatina, las modificaciones postraduccionales de las histonas pueden alterar la estructura de la cromatina, lo que resulta en una expresión genética alterada sin cambiar el ADN. [17] Además, se ha demostrado que la pérdida de heterocromatina y el aumento de eucromatina se correlacionan con un proceso de envejecimiento acelerado , especialmente en enfermedades que se sabe que se parecen al envejecimiento prematuro . [18] Las investigaciones han demostrado marcadores epigenéticos en las histonas para una serie de enfermedades adicionales. [19] [20]
La eucromatina está regulada principalmente por modificaciones postraduccionales de las histonas de sus nucleosomas , realizadas por muchas enzimas modificadoras de histonas . Estas modificaciones ocurren en las colas N-terminales de las histonas que sobresalen de la estructura del nucleosoma y se cree que reclutan enzimas para mantener la cromatina en su forma abierta, como eucromatina, o en su forma cerrada, como heterocromatina . [21] La acetilación de histonas , por ejemplo, se asocia típicamente con la estructura de la eucromatina, mientras que la metilación de histonas promueve la remodelación de la heterocromatina. [22] La acetilación hace que el grupo de histonas tenga una carga más negativa, lo que a su vez interrumpe sus interacciones con la cadena de ADN, esencialmente "abriendo" la cadena para un acceso más fácil. [21] La acetilación puede ocurrir en múltiples residuos de lisina de la cola N-terminal de una histona y en diferentes histonas del mismo nucleosoma, lo que se cree que aumenta aún más la accesibilidad del ADN para los factores de transcripción . [21]
La fosforilación de histonas es otro método mediante el cual se regula la eucromatina. [21] Esto tiende a ocurrir en las colas N-terminales de las histonas, sin embargo, algunos sitios están presentes en el núcleo. [21] La fosforilación está controlada por quinasas y fosfatasas , que añaden y eliminan los grupos fosfato respectivamente. Esto puede ocurrir en los residuos de serina , treonina o tirosina presentes en la eucromatina. [21] [22] Dado que los grupos fosfato agregados a la estructura incorporarán una carga negativa, promoverán la forma "abierta" más relajada, similar a la acetilación. [22] En lo que respecta a la funcionalidad, la fosforilación de histonas está involucrada en la expresión genética, la reparación del daño del ADN y la remodelación de la cromatina . [22]
Otro método de regulación que incorpora una carga negativa, favoreciendo así la forma "abierta", es la ribosilación del ADP . [22] Este proceso agrega una o más unidades de ADP-ribosa a la histona y está involucrado en la vía de respuesta al daño del ADN . [22]