stringtranslate.com

Cromatina

Las principales estructuras en la compactación del ADN: el ADN , el nucleosoma , las perlas de 11 nm en una fibra de cromatina y el cromosoma en metafase .

La cromatina es un complejo de ADN y proteínas que se encuentra en las células eucariotas . [1] La función principal es empaquetar moléculas largas de ADN en estructuras más compactas y densas. Esto evita que las hebras se enreden y también desempeña papeles importantes en el refuerzo del ADN durante la división celular , evitando daños en el ADN y regulando la expresión génica y la replicación del ADN . Durante la mitosis y la meiosis , la cromatina facilita la segregación adecuada de los cromosomas en anafase ; las formas características de los cromosomas visibles durante esta etapa son el resultado de que el ADN se enrolla en una cromatina altamente condensada.

Los componentes proteicos primarios de la cromatina son las histonas . Un octámero de dos conjuntos de cuatro núcleos de histonas ( histona H2A , histona H2B , histona H3 e histona H4 ) se unen al ADN y funcionan como "anclas" alrededor de las cuales se enrollan las hebras. [2] En general, hay tres niveles de organización de la cromatina:

  1. El ADN se envuelve alrededor de las proteínas histonas, formando nucleosomas y las llamadas cuentas en una estructura de cuerda ( eucromatina ).
  2. Múltiples histonas se envuelven en una fibra de 30 nanómetros que consiste en conjuntos de nucleosomas en su forma más compacta ( heterocromatina ). [a]
  3. El superenrollamiento del ADN de nivel superior de la fibra de 30 nm produce el cromosoma en metafase (durante la mitosis y la meiosis).

Sin embargo, muchos organismos no siguen este esquema de organización. Por ejemplo, los espermatozoides y los glóbulos rojos de las aves tienen una cromatina más compacta que la mayoría de las células eucariotas, y los protozoos tripanosomátidos no condensan su cromatina en cromosomas visibles. Las células procariotas tienen estructuras completamente diferentes para organizar su ADN (el cromosoma procariota equivalente se llama genóforo y se localiza dentro de la región nucleoide ).

La estructura general de la red de cromatina depende además de la etapa del ciclo celular . Durante la interfase , la cromatina está estructuralmente laxa para permitir el acceso a las polimerasas de ARN y ADN que transcriben y replican el ADN. La estructura local de la cromatina durante la interfase depende de los genes específicos presentes en el ADN. Las regiones de ADN que contienen genes que se transcriben activamente ("activados") están menos compactadas y estrechamente asociadas con las polimerasas de ARN en una estructura conocida como eucromatina , mientras que las regiones que contienen genes inactivos ("apagados") están generalmente más condensadas y asociadas con proteínas estructurales en la heterocromatina . [4] La modificación epigenética de las proteínas estructurales en la cromatina a través de la metilación y la acetilación también altera la estructura local de la cromatina y, por lo tanto, la expresión genética. Existe un conocimiento limitado de la estructura de la cromatina y es un área activa de investigación en biología molecular .

Estructura y jerarquía dinámica de la cromatina

Unidades básicas de la estructura de la cromatina
La estructura de la cromatina dentro de un cromosoma.

La cromatina sufre varios cambios estructurales durante un ciclo celular . Las proteínas histonas son los empaquetadores y organizadores básicos de la cromatina y pueden modificarse mediante varias modificaciones postraduccionales para alterar el empaquetamiento de la cromatina ( modificación de histonas ). La mayoría de las modificaciones ocurren en las colas de las histonas. Los núcleos de histonas cargados positivamente solo contrarrestan parcialmente la carga negativa de la cadena principal de fosfato del ADN, lo que resulta en una carga neta negativa de la estructura general. Un desequilibrio de carga dentro del polímero causa repulsión electrostática entre regiones de cromatina vecinas que promueven interacciones con proteínas, moléculas y cationes cargados positivamente. A medida que ocurren estas modificaciones, el entorno electrostático que rodea la cromatina fluirá y el nivel de compactación de la cromatina se alterará. [2] Las consecuencias en términos de accesibilidad y compactación de la cromatina dependen tanto del aminoácido modificado como del tipo de modificación. Por ejemplo, la acetilación de histonas da como resultado el aflojamiento y el aumento de la accesibilidad de la cromatina para la replicación y la transcripción. La trimetilación de la lisina puede conducir a una mayor actividad transcripcional ( trimetilación de la histona H3 lisina 4 ) o a la represión transcripcional y compactación de la cromatina ( trimetilación de la histona H3, lisina 9 o lisina 27 ). Varios estudios sugirieron que podrían ocurrir diferentes modificaciones simultáneamente. Por ejemplo, se propuso que una estructura bivalente (con trimetilación de la lisina 4 y la 27 en la histona H3) está involucrada en el desarrollo temprano de los mamíferos. Otro estudio probó el papel de la acetilación de la histona 4 en la lisina 16 en la estructura de la cromatina y encontró que la acetilación homogénea inhibió la formación de cromatina de 30 nm y bloqueó la remodelación del trifosfato de adenosina . Esta modificación singular cambió la dinámica de la cromatina, lo que demuestra que la acetilación de H4 en K16 es vital para la intra- e interfuncionalidad adecuada de la estructura de la cromatina. [5] [6]

Las proteínas del grupo Polycomb desempeñan un papel en la regulación de los genes a través de la modulación de la estructura de la cromatina. [7]

Para obtener información adicional, consulte Variante de cromatina , Modificaciones de histonas en la regulación de la cromatina y Control de la ARN polimerasa por la estructura de la cromatina .

Estructura del ADN

Las estructuras del ADN A, B y Z.

En la naturaleza, el ADN puede formar tres estructuras: ADN A , ADN B y ADN Z. El ADN A y el ADN B son muy similares y forman hélices dextrógiras, mientras que el ADN Z es una hélice levógira con una estructura de fosfato en zigzag. Se cree que el ADN Z desempeña un papel específico en la estructura y la transcripción de la cromatina debido a las propiedades de la unión entre el ADN B y el ADN Z.

En la unión del ADN B y Z, un par de bases se desvía de la unión normal. Estas desempeñan un papel doble como sitio de reconocimiento por parte de muchas proteínas y como sumidero de la tensión torsional de la ARN polimerasa o la unión del nucleosoma. Las bases del ADN se almacenan como una estructura de código con cuatro bases químicas como “Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T)” . El orden y las secuencias de estas estructuras químicas del ADN se reflejan como información disponible para la creación y el control de los organismos humanos. “A con T y C con G” se aparean para construir el par de bases del ADN. Las moléculas de azúcar y fosfato también se aparean con estas bases, lo que hace que los nucleótidos del ADN organicen 2 largas hebras espirales unidas llamadas “doble hélice” . [8] En los eucariotas, el ADN consta de un núcleo celular y el ADN proporciona fuerza y ​​dirección al mecanismo de la herencia. Además, entre los enlaces nitrogenados de los 2 ADN, se forman enlaces homogéneos.

[9]

Nucleosomas y cuentas en un hilo

Representación en caricatura de la estructura del nucleosoma. De PDB : 1KX5 .

El elemento básico de repetición de la cromatina es el nucleosoma, interconectado por secciones de ADN enlazador , una disposición mucho más corta que el ADN puro en solución.

Además de las histonas centrales, existe una histona de enlace H1 que contacta la salida/entrada de la cadena de ADN en el nucleosoma. La partícula central del nucleosoma, junto con la histona H1, se conoce como cromatosoma . Los nucleosomas, con alrededor de 20 a 60 pares de bases de ADN de enlace, pueden formar, en condiciones no fisiológicas, perlas de aproximadamente 11 nm en una fibra de cuerda.

Los nucleosomas se unen al ADN de forma no específica, como lo requiere su función en el empaquetamiento general del ADN. Sin embargo, existen grandes preferencias en las secuencias de ADN que rigen la posición de los nucleosomas. Esto se debe principalmente a las diferentes propiedades físicas de las diferentes secuencias de ADN: por ejemplo, la adenina (A) y la timina (T) se comprimen de manera más favorable en los surcos menores internos. Esto significa que los nucleosomas pueden unirse preferentemente en una posición aproximadamente cada 10 pares de bases (la repetición helicoidal del ADN), donde el ADN se rota para maximizar la cantidad de bases A y T que se ubicarán en el surco menor interno. (Véase la estructura del ácido nucleico ).

Fibra de cromatina de 30 nm en mitosis

Dos estructuras propuestas del filamento de cromatina de 30 nm.
Izquierda: estructura de "solenoide" de 1 hélice inicial.
Derecha: estructura de 2 hélices sueltas iniciales.
Nota: las histonas se omiten en este diagrama; solo se muestra el ADN.

Con la adición de H1, durante la mitosis la estructura de cuentas en forma de hilo puede enrollarse hasta formar una estructura helicoidal de 30 nm de diámetro conocida como fibra o filamento de 30 nm. La estructura precisa de la fibra de cromatina en la célula no se conoce en detalle. [10]

Se cree que este nivel de estructura de la cromatina es la forma de la heterocromatina , que contiene principalmente genes sin transcripción. Los estudios de microscopía electrónica han demostrado que la fibra de 30 nm es muy dinámica, de modo que se despliega en una estructura de cuentas de 10 nm en forma de hilo cuando es atravesada por una ARN polimerasa involucrada en la transcripción.

Se han propuesto cuatro estructuras del filamento de cromatina de 30 nm para repeticiones de ADN de longitud por nucleosoma que van desde 177 a 207 pb.
El ADN de enlace está en amarillo y el ADN nucleosómico está en rosa.

Los modelos existentes aceptan comúnmente que los nucleosomas se encuentran perpendiculares al eje de la fibra, con histonas de enlace dispuestas internamente. Una fibra estable de 30 nm depende de la posición regular de los nucleosomas a lo largo del ADN. El ADN de enlace es relativamente resistente a la flexión y la rotación. Esto hace que la longitud del ADN de enlace sea crítica para la estabilidad de la fibra, requiriendo que los nucleosomas estén separados por longitudes que permitan la rotación y el plegado en la orientación requerida sin tensión excesiva para el ADN. En esta perspectiva, diferentes longitudes del ADN de enlace deberían producir diferentes topologías de plegado de la fibra de cromatina. Trabajos teóricos recientes, basados ​​en imágenes de microscopía electrónica [11] de fibras reconstituidas, respaldan esta perspectiva. [12]

Bucles de ADN

Representación animada de la formación dinámica de bucles de cromatina a través de CTCF (rojo) y anillos de condensina (amarillo) [13]

La estructura de la cromatina, en forma de cuentas ensartadas en un hilo, tiende a formar bucles. Estos bucles permiten interacciones entre diferentes regiones del ADN acercándolas entre sí, lo que aumenta la eficiencia de las interacciones genéticas. Este proceso es dinámico, ya que los bucles se forman y desaparecen. Los bucles están regulados por dos elementos principales: [14]

Hay muchos otros elementos involucrados. Por ejemplo, Jpx regula los sitios de unión de las moléculas CTCF a lo largo de la fibra de ADN. [15]

Organización espacial de la cromatina en el núcleo celular

La disposición espacial de la cromatina dentro del núcleo no es aleatoria: se pueden encontrar regiones específicas de la cromatina en ciertos territorios. Los territorios son, por ejemplo, los dominios asociados a la lámina (LAD) y los dominios de asociación topológica (TAD), que están unidos entre sí por complejos proteicos. [16] Actualmente, se utilizan modelos de polímeros como el modelo Strings & Binders Switch (SBS) [17] y el modelo Dynamic Loop (DL) [18] para describir el plegamiento de la cromatina dentro del núcleo. La disposición de la cromatina dentro del núcleo también puede desempeñar un papel en el estrés nuclear y la restauración de la deformación de la membrana nuclear por estrés mecánico. Cuando la cromatina se condensa, el núcleo se vuelve más rígido. Cuando la cromatina se descondensa, el núcleo se vuelve más elástico con menos fuerza ejercida sobre la membrana nuclear interna. Esta observación arroja luz sobre otras posibles funciones celulares de la organización de la cromatina fuera de la regulación genómica. [2]

Organización estructural dependiente del ciclo celular

Cariograma de un varón humano mediante tinción de Giemsa , que muestra la estructura clásica de la cromatina en metafase .
Condensación y resolución de las cromátidas hermanas humanas en la mitosis temprana
  1. Interfase : La estructura de la cromatina durante la interfase de la mitosis está optimizada para permitir un acceso sencillo de los factores de transcripción y reparación del ADN al ADN mientras se compacta el ADN en el núcleo . La estructura varía según el acceso requerido al ADN. Los genes que requieren un acceso regular por parte de la ARN polimerasa requieren la estructura más flexible proporcionada por la eucromatina.
  2. Metafase : La estructura metafásica de la cromatina difiere enormemente de la de la interfase . Está optimizada para la fuerza física [ cita requerida ] y la manejabilidad, formando la estructura cromosómica clásica observada en los cariotipos . Se cree que la estructura de la cromatina condensada son bucles de fibra de 30 nm a un andamio central de proteínas. Sin embargo, no está bien caracterizada. Los andamios cromosómicos juegan un papel importante para mantener la cromatina en cromosomas compactos. Los bucles de estructura de 30 nm se condensan aún más con el andamio, en estructuras de orden superior. [19] Los andamios cromosómicos están hechos de proteínas que incluyen condensina , topoisomerasa tipo IIA y miembro de la familia 4 de la kinesina (KIF4). [20] La fuerza física de la cromatina es vital para esta etapa de división para evitar daños por cizallamiento al ADN a medida que se separan los cromosomas hija. Para maximizar la fuerza, la composición de la cromatina cambia a medida que se acerca al centrómero, principalmente a través de análogos alternativos de la histona H1. Durante la mitosis, aunque la mayor parte de la cromatina está muy compacta, hay pequeñas regiones que no están tan compactadas. Estas regiones a menudo corresponden a regiones promotoras de genes que estaban activos en ese tipo de célula antes de la formación de la cromatina. La falta de compactación de estas regiones se denomina " marcación" , que es un mecanismo epigenético que se cree que es importante para transmitir a las células hijas la "memoria" de qué genes estaban activos antes de la entrada en la mitosis. [21] Este mecanismo de marcación es necesario para ayudar a transmitir esta memoria porque la transcripción cesa durante la mitosis .

Cromatina y ráfagas de transcripción

Se han realizado investigaciones sobre la cromatina y su interacción con las enzimas, y se ha llegado a la conclusión de que es un factor relevante e importante en la expresión génica. Vincent G. Allfrey, profesor de la Universidad Rockefeller, afirmó que la síntesis de ARN está relacionada con la acetilación de las histonas. [22] El aminoácido lisina unido al extremo de las histonas tiene carga positiva. La acetilación de estas colas haría que los extremos de la cromatina fueran neutros, lo que permitiría el acceso del ADN.

Cuando la cromatina se descondensa, el ADN queda abierto a la entrada de maquinaria molecular. Las fluctuaciones entre la cromatina abierta y cerrada pueden contribuir a la discontinuidad de la transcripción o estallido transcripcional . Probablemente estén involucrados otros factores, como la asociación y disociación de complejos de factores de transcripción con la cromatina. Específicamente, se ha demostrado que la ARN polimerasa y las proteínas transcripcionales se congregan en gotitas a través de la separación de fases, y estudios recientes han sugerido que la cromatina de 10 nm demuestra un comportamiento similar al líquido que aumenta la capacidad de orientación del ADN genómico. [23] Las interacciones entre las histonas de enlace y las regiones de cola desordenadas actúan como un pegamento electrostático que organiza la cromatina a gran escala en un dominio dinámico similar al líquido. La disminución de la compactación de la cromatina viene con una mayor movilidad de la cromatina y un acceso transcripcional más fácil al ADN. [2] El fenómeno, a diferencia de los modelos probabilísticos simples de transcripción, puede explicar la alta variabilidad en la expresión génica que ocurre entre células en poblaciones isogénicas. [24]

Organizaciones alternativas de la cromatina

Durante la espermiogénesis de los metazoos , la cromatina de la espermátida se remodela en una estructura más espaciada, ensanchada y casi cristalina. Este proceso está asociado con el cese de la transcripción e implica el intercambio de proteínas nucleares . Las histonas son desplazadas en su mayoría y reemplazadas por protaminas (proteínas pequeñas ricas en arginina ). [25] Se propone que en la levadura, las regiones desprovistas de histonas se vuelven muy frágiles después de la transcripción; HMO1, una proteína HMG-box , ayuda a estabilizar la cromatina libre de nucleosomas. [26] [27]

Reparación de la cromatina y el ADN

Una variedad de agentes internos y externos pueden causar daño al ADN en las células. Muchos factores influyen en cómo se selecciona la ruta de reparación, incluyendo la fase del ciclo celular y el segmento de cromatina donde ocurrió la rotura. En términos de iniciar la reparación del ADN del extremo 5', la proteína de unión p53 1 ( 53BP1 ) y BRCA1 son componentes proteicos importantes que influyen en la selección de la vía de reparación de roturas de doble cadena. El complejo 53BP1 se adhiere a la cromatina cerca de las roturas de ADN y activa factores posteriores como el factor de interacción Rap1 1 ( RIF1 ) y la shieldina, que protege los extremos del ADN contra la destrucción nucleolítica. El proceso de daño al ADN ocurre dentro del estado de la cromatina, y el entorno de la cromatina en constante cambio tiene un gran efecto sobre él. [28] Al acceder y reparar la célula de ADN dañada, el genoma se condensa en cromatina y la repara modificando los residuos de histonas. Al alterar la estructura de la cromatina, los residuos de histonas agregan grupos químicos, a saber, fosfato, acetilo y uno o más grupos metilo, que controlan la expresión de la construcción de genes por parte de las proteínas para adquirir ADN. [29] Además, la resíntesis de la zona dañada reparará el ADN procesando y reestructurando las bases dañadas. Para mantener la integridad genómica, se ha seguido un “proceso clásico de recombinación homóloga y unión de extremos no homólogos” para reparar el ADN. [30]

El empaquetamiento del ADN eucariota en cromatina presenta una barrera para todos los procesos basados ​​en el ADN que requieren el reclutamiento de enzimas a sus sitios de acción. [31] Para permitir el proceso celular crítico de reparación del ADN, la cromatina debe ser remodelada. En eucariotas, los complejos de remodelación de cromatina dependientes de ATP y las enzimas modificadoras de histonas son dos factores predominantes empleados para lograr este proceso de remodelación. [32]

La relajación de la cromatina ocurre rápidamente en el sitio del daño del ADN. [33] Este proceso es iniciado por la proteína PARP1 que comienza a aparecer en el daño del ADN en menos de un segundo, con la mitad de la acumulación máxima dentro de los 1,6 segundos después de que ocurre el daño. [34] Luego, el remodelador de cromatina Alc1 se une rápidamente al producto de PARP1 y completa la llegada al daño del ADN dentro de los 10 segundos posteriores al daño. [33] Aproximadamente la mitad de la relajación máxima de la cromatina, presumiblemente debido a la acción de Alc1, ocurre a los 10 segundos. [33] Esto luego permite el reclutamiento de la enzima reparadora del ADN MRE11 , para iniciar la reparación del ADN, dentro de los 13 segundos. [34]

γH2AX, la forma fosforilada de H2AX también está involucrada en los primeros pasos que conducen a la descondensación de la cromatina después de la ocurrencia de daño al ADN. La variante de histona H2AX constituye aproximadamente el 10% de las histonas H2A en la cromatina humana. [35] γH2AX (H2AX fosforilada en la serina 139) puede detectarse tan pronto como 20 segundos después de la irradiación de las células (con formación de rotura de doble cadena de ADN), y la mitad de la acumulación máxima de γH2AX ocurre en un minuto. [35] La extensión de la cromatina con γH2AX fosforilada es de aproximadamente dos millones de pares de bases en el sitio de una rotura de doble cadena de ADN. [35] γH2AX no causa, por sí misma, la descondensación de la cromatina, pero dentro de los 30 segundos de la irradiación, la proteína RNF8 puede detectarse en asociación con γH2AX. [36] RNF8 media la descondensación extensa de la cromatina, a través de su interacción posterior con CHD4 , [37] un componente del complejo de remodelación de nucleosomas y desacetilasa NuRD .

Después de sufrir una relajación posterior al daño del ADN, seguida de una reparación del ADN, la cromatina se recupera a un estado de compactación cercano a su nivel previo al daño después de aproximadamente 20 minutos. [33]

Métodos para investigar la cromatina

Microscopía de núcleos heterocromáticos versus eucromáticos (tinción H&E).
Cromatina granular en “ sal y pimienta ”, observada en la tinción de H&E, de Papanicolaou y en comparación con la sal y pimienta real. Su hallazgo en el microscopio indica principalmente carcinoma medular de tiroides , tumores neuroendocrinos [38] o feocromocitoma . [39]
Cariograma esquemático de un ser humano , que muestra una descripción general del genoma humano mediante bandas G , que es un método que incluye la tinción de Giemsa , en donde las regiones de tinción más claras son generalmente más eucromáticas (y más activas transcripcionalmente ), mientras que las regiones más oscuras generalmente son más heterocromáticas .
  1. La secuenciación por inmunoprecipitación de cromatina ( ChIP-seq ) es reconocida como el método de identificación de cromatina más utilizado, ya que utiliza anticuerpos que seleccionan, identifican y combinan activamente con proteínas, incluidas "histonas, reestructuración de histonas, factores de transacción y cofactores". Esto ha proporcionado datos sobre el estado de la cromatina y la transacción de un gen mediante el recorte de "oligonucleótidos" que no están unidos. [40] La secuenciación por inmunoprecipitación de cromatina dirigida contra diferentes modificaciones de histonas se puede utilizar para identificar estados de cromatina en todo el genoma. Diferentes modificaciones se han relacionado con varios estados de cromatina. [41]
  2. DNase-seq (secuenciación de sitios hipersensibles a la DNasa I) utiliza la sensibilidad de las regiones accesibles en el genoma a la enzima DNasa I para mapear regiones abiertas o accesibles en el genoma.
  3. FAIRE-seq ( secuenciación de aislamiento de elementos reguladores asistido por formaldehído ) utiliza las propiedades químicas del ADN unido a proteínas en un método de separación de dos fases para extraer regiones agotadas de nucleosomas del genoma. [42]
  4. ATAC-seq (ensayo para la secuenciación de cromatina accesible y transponible) utiliza la transposasa Tn5 para integrar transposones (sintéticos) en regiones accesibles del genoma, resaltando así la localización de nucleosomas y factores de transcripción en todo el genoma.
  5. La huella de ADN es un método que tiene como objetivo identificar el ADN unido a proteínas. Utiliza el marcaje y la fragmentación acoplados a la electroforesis en gel para identificar áreas del genoma que han sido unidas por proteínas. [43]
  6. La secuenciación de nucleasa microcócica ( MNase-seq ) utiliza la enzima nucleasa microcócica para identificar la posición de los nucleosomas en todo el genoma. [44] [45]
  7. La captura de la conformación cromosómica determina la organización espacial de la cromatina en el núcleo, al inferir ubicaciones genómicas que interactúan físicamente.
  8. El perfil MACC (perfil de accesibilidad de la nucleasa microcócica) utiliza series de titulación de digestos de cromatina con nucleasa microcócica para identificar la accesibilidad de la cromatina, así como para mapear nucleosomas y proteínas que no se unen al ADN de histonas en regiones abiertas y cerradas del genoma. [46]

Cromatina y nudos

Ha sido un misterio cómo los cromosomas en interfase descondensados ​​permanecen esencialmente sin nudos. La expectativa natural es que en presencia de topoisomerasas de ADN de tipo II que permiten el paso de regiones de ADN de doble cadena a través de otras, todos los cromosomas deberían alcanzar el estado de equilibrio topológico. El equilibrio topológico en cromosomas en interfase altamente apiñados que forman territorios cromosómicos daría como resultado la formación de fibras de cromatina altamente anudadas. Sin embargo, los métodos de captura de conformación cromosómica (3C) revelaron que la descomposición de los contactos con la distancia genómica en los cromosomas en interfase es prácticamente la misma que en el estado de glóbulo arrugado que se forma cuando los polímeros largos se condensan sin formación de nudos. Para eliminar los nudos de la cromatina altamente apiñada, se necesitaría un proceso activo que no solo proporcionara la energía para mover el sistema desde el estado de equilibrio topológico, sino que también guiara los pasajes mediados por la topoisomerasa de tal manera que los nudos se desanudaran de manera eficiente en lugar de hacerlos aún más complejos. Se ha demostrado que el proceso de extrusión de bucles de cromatina es ideal para desanudar activamente las fibras de cromatina en los cromosomas en interfase. [47]

Cromatina: definiciones alternativas

El término, introducido por Walther Flemming , tiene múltiples significados:

  1. Definición simple y concisa: La cromatina es un complejo macromolecular formado por una macromolécula de ADN y macromoléculas proteicas (y ARN). Las proteínas empaquetan y organizan el ADN y controlan sus funciones dentro del núcleo celular.
  2. Definición operativa de un bioquímico: la cromatina es el complejo ADN/proteína/ARN extraído de núcleos eucariotas en interfase lisados. Cuál de las múltiples sustancias presentes en un núcleo formará parte del material extraído depende en parte de la técnica que utilice cada investigador. Además, la composición y las propiedades de la cromatina varían de un tipo celular a otro, durante el desarrollo de un tipo celular específico y en diferentes etapas del ciclo celular.
  3. Definición de ADN + histona = cromatina : La doble hélice de ADN en el núcleo celular está empaquetada por proteínas especiales llamadas histonas. El complejo proteína/ADN formado se llama cromatina. La unidad estructural básica de la cromatina es el nucleosoma.

La primera definición permite definir las "cromatinas" en otros dominios de la vida, como las bacterias y las arqueas, utilizando cualquier proteína de unión al ADN que condense la molécula . Estas proteínas suelen denominarse proteínas asociadas a nucleoides (NAP); algunos ejemplos incluyen AsnC/LrpC con HU. Además, algunas arqueas producen nucleosomas a partir de proteínas homólogas a las histonas eucariotas. [48]

Remodelación de la cromatina:

La remodelación de la cromatina puede resultar de la modificación covalente de las histonas que remodelan, mueven o eliminan físicamente los nucleosomas. [49] Los estudios de Sanosaka et al. 2022, dicen que el remodelador de cromatina CHD7 regula la expresión génica específica del tipo de célula en las células de la cresta neural humana. [50]

Véase también

Notas

  1. ^ Aunque se ha establecido definitivamente su existencia in vitro , la fibra de 30 nanómetros no se ha observado en estudios recientes de rayos X de cromosomas mitóticos humanos. [3]

Referencias

  1. ^ Lunes, Tanmoy (julio de 2010). "Caracterización del contenido de ARN de la cromatina". Genome Res . 20 (7): 899–907. doi :10.1101/gr.103473.109. PMC  2892091 . PMID  20404130.
  2. ^ abcd Maeshima, K., Ide, S. y Babokhov, M. (2019). Organización dinámica de la cromatina sin la fibra de 30 nm. Current opinion in cell biology, 58, 95–104. https://doi.org/10.1016/j.ceb.2019.02.003
  3. ^ Hansen, Jeffrey (marzo de 2012). "Estructura del cromosoma mitótico humano: ¿qué le pasó a la fibra de 30 nm?". The EMBO Journal . 31 (7): 1621–1623. doi :10.1038/emboj.2012.66. PMC 3321215 . PMID  22415369. 
  4. ^ Dame, RT (mayo de 2005). "El papel de las proteínas asociadas a nucleoides en la organización y compactación de la cromatina bacteriana". Microbiología molecular . 56 (4): 858–870. doi :10.1111/j.1365-2958.2005.04598.x. PMID  15853876. S2CID  26965112.
  5. ^ Shogren-Knaak, M., Ishii, H., Sun, JM, Pazin, MJ, Davie, JR y Peterson, CL (2006). La acetilación de la histona H4-K16 controla la estructura de la cromatina y las interacciones proteínicas. Science, 311 (5762), 844–847. https://doi.org/10.1126/science.1124000
  6. ^ Bernstein BE, Mikkelsen TS, Xie X, Kamal M, Huebert DJ, Cuff J, Fry B, Meissner A, Wernig M, Plath K, Jaenisch R, Wagschal A, Feil R, Schreiber SL, Lander ES (abril de 2006). "Una estructura de cromatina bivalente marca genes clave del desarrollo en células madre embrionarias". Cell . 125 (2): 315–26. doi : 10.1016/j.cell.2006.02.041 . ISSN  0092-8674. PMID  16630819. S2CID  9993008.
  7. ^ Portoso M, Cavalli G (2008). "El papel del ARNi y los ARN no codificantes en el control de la expresión génica y la programación genómica mediado por Polycomb". ARN y la regulación de la expresión génica: una capa oculta de complejidad . Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-25-7.
  8. ^ Neidle, Stephen (enero de 2021). "Más allá de la doble hélice: diversidad estructural del ADN y el PDB". Journal of Biological Chemistry . 296 : 100553. doi : 10.1016/j.jbc.2021.100553 . PMC 8063756 . PMID  33744292. 
  9. ^ Minchin, Steve; Lodge, Julia (16 de octubre de 2019). "Entendiendo la bioquímica: estructura y función de los ácidos nucleicos". Ensayos en Bioquímica . 63 (4): 433–456. doi :10.1042/EBC20180038. ISSN  0071-1365. PMC 6822018 . PMID  31652314. 
  10. ^ Annunziato, Anthony T. "Empaquetamiento del ADN: nucleosomas y cromatina". Scitable . Nature Education . Consultado el 29 de octubre de 2015 .
  11. ^ Robinson DJ; Fairall L; Huynh VA; Rhodes D. (abril de 2006). "Las mediciones EM definen las dimensiones de la fibra de cromatina de "30 nm": evidencia de una estructura compacta e interdigitada". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 103 (17): 6506–11. Bibcode :2006PNAS..103.6506R. doi : 10.1073/pnas.0601212103 . PMC 1436021 . PMID  16617109. 
  12. ^ Wong H, Victor JM, Mozziconacci J (septiembre de 2007). Chen P (ed.). "Un modelo de todos los átomos de la fibra de cromatina que contiene histonas de enlace revela una estructura versátil ajustada por la longitud de repetición nucleosomal". PLoS ONE . ​​2 (9): e877. Bibcode :2007PLoSO...2..877W. doi : 10.1371/journal.pone.0000877 . PMC 1963316 . PMID  17849006.  Icono de acceso abierto
  13. ^ abc Fudenberg G, Abdennur N, Imakaev M, Goloborodko A, Mirny LA (2017). "Evidencia emergente de plegamiento de cromosomas por extrusión de bucle". Simposios de Cold Spring Harbor sobre biología cuantitativa . 82 : 45–55. doi :10.1101/sqb.2017.82.034710. PMC 6512960. PMID  29728444 . 
  14. ^ Kadauke S, Blobel GA (2009). "Bucles de cromatina en la regulación génica". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Mecanismos de regulación génica . 1789 (1): 17–25. doi :10.1016/j.bbagrm.2008.07.002. PMC 2638769. PMID  18675948 . 
  15. ^ Oh HJ, Aguilar R, Kesner B, Lee HG, Kriz AJ, Chu HP, Lee JT (2021). "El ARN de Jpx regula la selección del sitio de anclaje CTCF y la formación de bucles cromosómicos". Cell . 184 (25): 6157–6173. doi :10.1016/j.cell.2021.11.012. ISSN  0092-8674. PMC 8671370 . PMID  34856126. 
  16. ^ Nicodemi M, Pombo A (junio de 2014). "Modelos de estructura cromosómica" (PDF) . Curr. Opin. Cell Biol . 28 : 90–5. doi :10.1016/j.ceb.2014.04.004. PMID  24804566. Archivado (PDF) desde el original el 21 de septiembre de 2017.
  17. ^ Nicodemi M, Panning B, Prisco A (mayo de 2008). "Un interruptor termodinámico para la colocalización cromosómica". Genética . 179 (1): 717–21. arXiv : 0809.4788 . doi :10.1534/genetics.107.083154. PMC 2390650 . PMID  18493085. 
  18. ^ Bohn M, Heermann DW (2010). "El bucle impulsado por difusión proporciona un marco consistente para la organización de la cromatina". PLOS ONE . ​​5 (8): e12218. Bibcode :2010PLoSO...512218B. doi : 10.1371/journal.pone.0012218 . PMC 2928267 . PMID  20811620. 
  19. ^ Lodish, Harvey F. (2016). Biología celular molecular (8.ª ed.). Nueva York: WH Freeman and Company. pág. 339. ISBN 978-1-4641-8339-3.
  20. ^ Poonperm, R; Takata, H; Hamano, T; Matsuda, A; Uchiyama, S; Hiraoka, Y; Fukui, K (1 de julio de 2015). "El andamiaje cromosómico es un ensamblaje de doble cadena de proteínas de andamiaje". Scientific Reports . 5 : 11916. Bibcode :2015NatSR...511916P. doi :10.1038/srep11916. PMC 4487240 . PMID  26132639. 
  21. ^ Xing H, Vanderford NL, Sarge KD (noviembre de 2008). "El complejo mitótico TBP-PP2A marca genes al impedir la acción de la condensina". Nat. Cell Biol . 10 (11): 1318–23. doi :10.1038/ncb1790. PMC 2577711. PMID 18931662  . 
  22. ^ Allfrey VG, Faulkner R, Mirsky AE (mayo de 1964). "Acetilación y metilación de histonas y su posible papel en la regulación de la síntesis de ARN". Proc. Natl. Sci. USA . 51 (5): 786–94. Bibcode :1964PNAS...51..786A. doi : 10.1073/pnas.51.5.786 . PMC 300163 . PMID  14172992. 
  23. ^ Maeshima, K., Ide, S., Hibino, K. y Sasai, M. (2016). Comportamiento líquido de la cromatina. Current opinion in genetism & development, 37, 36–45. https://doi.org/10.1016/j.gde.2015.11.006
  24. ^ Kaochar S, Tu BP (noviembre de 2012). "Guardianes de la cromatina: pequeños metabolitos provocan grandes cambios en la expresión génica". Trends Biochem. Sci . 37 (11): 477–83. doi :10.1016/j.tibs.2012.07.008. PMC 3482309. PMID  22944281 . 
  25. ^ De Vries M, Ramos L, Housein Z, De Boer P (mayo de 2012). "Inicio de la remodelación de la cromatina durante la espermiogénesis humana". Biol Open . 1 (5): 446–57. doi :10.1242/bio.2012844. PMC 3507207 . PMID  23213436. 
  26. ^ Murugesapillai D, McCauley MJ, Huo R, Nelson Holte MH, Stepanyants A, Maher LJ, Israeloff NE, Williams MC (agosto de 2014). "La formación de puentes y bucles de ADN por HMO1 proporciona un mecanismo para estabilizar la cromatina libre de nucleosomas". Nucleic Acids Research . 42 (14): 8996–9004. doi :10.1093/nar/gku635. PMC 4132745 . PMID  25063301. 
  27. ^ Murugesapillai D, McCauley MJ, Maher LJ, Williams MC (febrero de 2017). "Estudios de moléculas individuales de proteínas de flexión de ADN arquitectural del grupo B de alta movilidad". Biophysical Reviews . 9 (1): 17–40. doi :10.1007/s12551-016-0236-4. PMC 5331113 . PMID  28303166. 
  28. ^ Aleksandrov, Radoslav; Hristova, Rossitsa; Stoynov, Stoyno; Gospodinov, Anastas (7 de agosto de 2020). "La respuesta de la cromatina a las roturas de ADN de doble cadena y su reparación". Cells . 9 (8): 1853. doi : 10.3390/cells9081853 . ISSN  2073-4409. PMC 7464352 . PMID  32784607. 
  29. ^ Miné-Hattab, Judith; Chiolo, Irene (27 de agosto de 2020). "Movimientos complejos de la cromatina para la reparación del ADN". Frontiers in Genetics . 11 : 800. doi : 10.3389/fgene.2020.00800 . ISSN  1664-8021. PMC 7481375 . PMID  33061931. 
  30. ^ Lamm, Noa; Rogers, Samuel; Cesare, Anthony J. (octubre de 2021). "Movilidad y reubicación de la cromatina en la reparación del ADN". Tendencias en biología celular . 31 (10): 843–855. doi : 10.1016/j.tcb.2021.06.002 . ISSN  0962-8924. PMID  34183232. S2CID  235672793.
  31. ^ Trotter, Kevin W.; Archer, Trevor K. (2012), Morse, Randall H. (ed.), "Análisis de la estructura y remodelación de la cromatina mediante la accesibilidad de las enzimas de restricción", Remodelación de la cromatina , Métodos en biología molecular, vol. 833, Totowa, NJ: Humana Press, págs. 89-102, doi :10.1007/978-1-61779-477-3_6, ISBN 978-1-61779-476-6, PMC  3607496 , PMID  22183589
  32. ^ Liu B, Yip RK, Zhou Z (2012). "Remodelación de la cromatina, reparación del daño del ADN y envejecimiento". Curr. Genomics . 13 (7): 533–47. doi :10.2174/138920212803251373. PMC 3468886 . PMID  23633913. 
  33. ^ abcd Sellou H, Lebeaupin T, Chapuis C, Smith R, Hegele A, Singh HR, Kozlowski M, Bultmann S, Ladurner AG, Timinszky G, Huet S (2016). "El remodelador de cromatina dependiente de poli(ADP-ribosa) Alc1 induce relajación local de la cromatina tras daño del ADN". Mol. Biol. Cell . 27 (24): 3791–3799. doi :10.1091/mbc.E16-05-0269. PMC 5170603. PMID  27733626 . 
  34. ^ ab Haince JF, McDonald D, Rodrigue A, Déry U, Masson JY, Hendzel MJ, Poirier GG (2008). "Cinética dependiente de PARP1 del reclutamiento de las proteínas MRE11 y NBS1 a múltiples sitios de daño del ADN". J. Biol. Chem . 283 (2): 1197–208. doi : 10.1074/jbc.M706734200 . PMID  18025084.
  35. ^ abc Rogakou EP, Pilch DR, Orr AH, Ivanova VS, Bonner WM (1998). "Las roturas de doble cadena del ADN inducen la fosforilación de la histona H2AX en la serina 139". J. Biol. Chem . 273 (10): 5858–68. doi : 10.1074/jbc.273.10.5858 . PMID  9488723.
  36. ^ Mailand N, Bekker-Jensen S, Faustrup H, Melander F, Bartek J, Lukas C, Lukas J (2007). "RNF8 ubiquitina histonas en roturas de doble cadena de ADN y promueve el ensamblaje de proteínas de reparación". Cell . 131 (5): 887–900. doi : 10.1016/j.cell.2007.09.040 . PMID  18001824. S2CID  14232192.
  37. ^ Luijsterburg MS, Acs K, Ackermann L, Wiegant WW, Bekker-Jensen S, Larsen DH, Khanna KK, van Attikum H, Mailand N, Dantuma NP (2012). "Un nuevo papel no catalítico de la ubiquitina ligasa RNF8 en el desarrollo de la estructura de la cromatina de orden superior". EMBO J. 31 (11): 2511–27. doi :10.1038/emboj.2012.104. PMC 3365417 . PMID  22531782. 
  38. ^ Van Buren G, Rashid A, Yang AD, et al. (agosto de 2007). "El desarrollo y caracterización de una línea celular carcinoide del intestino medio humano". Clin. Cancer Res . 13 (16): 4704–12. doi : 10.1158/1078-0432.CCR-06-2723 . PMID  17699847.
  39. ^ Shidham VB, Galindo LM (1999). "Feocromocitoma. Hallazgos citológicos en frotis de raspado intraoperatorio en cinco casos". Acta Cytol . 43 (2): 207–13. doi :10.1159/000330978. PMID  10097711. S2CID  232277473.
  40. ^ Small, Eliza C.; Maryanski, Danielle N.; Rodriguez, Keli L.; Harvey, Kevin J.; Keogh, Michael-C.; Johnstone, Andrea L. (2021), Posch, Anton (ed.), "Inmunoprecipitación de cromatina (ChIP) para estudiar las interacciones entre ADN y proteínas", Proteomic Profiling , Methods in Molecular Biology, vol. 2261, Nueva York, NY: Springer US, págs. 323–343, doi :10.1007/978-1-0716-1186-9_20, ISBN 978-1-0716-1185-2, PMID  33420999, S2CID  231304041 , consultado el 24 de octubre de 2022
  41. ^ Rossi, MJ; Kuntala, PK; Lai, WKM; et al. (10 de marzo de 2021). "Una arquitectura proteica de alta resolución del genoma de la levadura en ciernes". Nature . 592 (7853): 309–314. Bibcode :2021Natur.592..309R. doi :10.1038/s41586-021-03314-8. PMC 8035251 . PMID  33692541. 
  42. ^ Giresi, Paul G.; Kim, Jonghwan; McDaniell, Ryan M.; Iyer, Vishwanath R.; Lieb, Jason D. (1 de junio de 2007). "FAIRE (Aislamiento asistido por formaldehído de elementos reguladores) aísla elementos reguladores activos de la cromatina humana". Genome Research . 17 (6): 877–885. doi :10.1101/gr.5533506. ISSN  1088-9051. PMC 1891346 . PMID  17179217. 
  43. ^ Galas, DJ; Schmitz, A. (1978-09-01). "Huella de ADNasa: un método simple para la detección de la especificidad de unión proteína-ADN". Nucleic Acids Research . 5 (9): 3157–3170. doi :10.1093/nar/5.9.3157. ISSN  0305-1048. PMC 342238 . PMID  212715. 
  44. ^ Cui, Kairong; Zhao, Keji (1 de enero de 2012). "Enfoques de todo el genoma para determinar la ocupación de nucleosomas en metazoos mediante MNasa-Seq". Remodelación de la cromatina . Métodos en biología molecular. Vol. 833. págs. 413–419. doi :10.1007/978-1-61779-477-3_24. ISBN . 978-1-61779-476-6. ISSN  1940-6029. PMC  3541821. PMID  22183607 .
  45. ^ Buenrostro, Jason D.; Giresi, Paul G.; Zaba, Lisa C.; Chang, Howard Y.; Greenleaf, William J. (1 de diciembre de 2013). "Transposición de cromatina nativa para la elaboración rápida y sensible de perfiles epigenómicos de cromatina abierta, proteínas de unión al ADN y posición de nucleosomas". Nature Methods . 10 (12): 1213–1218. doi :10.1038/nmeth.2688. ISSN  1548-7105. PMC 3959825 . PMID  24097267. 
  46. ^ Mieczkowski J, Cook A, Bowman SK, Mueller B, Alver BH, Kundu S, Deaton AM, Urban JA, Larschan E, Park PJ, Kingston RE, Tolstorukov MY (6 de mayo de 2016). "La titulación de MNasa revela diferencias entre la ocupación de nucleosomas y la accesibilidad de la cromatina". Nature Communications . 7 : 11485. Bibcode :2016NatCo...711485M. doi :10.1038/ncomms11485. PMC 4859066 . PMID  27151365. 
  47. ^ Racko D, Benedetti F, Goundaroulis D, Stasiak A (2018). "Extrusión de bucles de cromatina y desanudamiento de la cromatina". Polímeros . 10 (10): 1126–1137. doi : 10.3390/polym10101126 . PMC 6403842 . PMID  30961051. 
  48. ^ Luijsterburg, Martijn S.; White, Malcolm F.; van Driel, Roel; Dame, Remus Th. (8 de enero de 2009). "Los principales arquitectos de la cromatina: proteínas arquitectónicas en bacterias, arqueas y eucariotas". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology . 43 (6): 393–418. doi :10.1080/10409230802528488. PMID  19037758. S2CID  85874882.
  49. ^ "Remodelación de la cromatina - Últimas investigaciones y noticias | Nature". www.nature.com . Consultado el 7 de enero de 2023 .
  50. ^ Sanosaka, Tsukasa; Okuno, Hironobu; Mizota, Noriko; Andoh-Noda, Tomoko; Sato, Miki; Tomooka, Ryo; Banno, Satoe; Kohyama, Jun; Okano, Hideyuki (31 de diciembre de 2022). "El remodelador de cromatina CHD7 se dirige a la región potenciadora activa para regular la expresión génica específica del tipo celular en las células de la cresta neural humana". Scientific Reports . 12 (1): 22648. Bibcode :2022NatSR..1222648S. doi :10.1038/s41598-022-27293-6. ISSN  2045-2322. PMC 9805427 . PMID  36587182. 

Fuentes adicionales

Enlaces externos