Eucromatina

Distinción entre Euchromatin y Heterocromocromotina

La eucromatina (también llamada "cromatina abierta") es una forma de cromatina (ADN, ARN y proteínas) ligeramente empaquetada que está enriquecida en los 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.

En los eucariotas, la eucromatina comprende la porción más activa del genoma dentro del núcleo celular. En 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.

Estructura

La eucromatina se compone de subunidades repetitivas conocidas como nucleosomas, que recuerdan a un conjunto de cuentas desplegadas en un hilo, que tienen aproximadamente 11 nm de diámetro. En el núcleo de estos nucleosomas hay un conjunto de cuatro pares de proteínas de histonas: H3, H4, H2A y H2B. Cada proteína histona central posee una "cola" estructura, 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. Aproximadamente 147 pares de bases de ADN se enrollan alrededor de los octámeros de histonas, o un poco menos de 2 vueltas de la hélice. Los nucleosomas a lo largo de la hebra están unidos entre sí a través de la histona H1 y un espacio corto de ADN enlazador 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, aumenta la transcripción de genes.

Apariencia

Microscopía de núcleos heterocromáticos versus euchromáticos (H plagaE mancha).

La eucromatina se asemeja a un conjunto de cuentas en un hilo con grandes aumentos. Desde más lejos, puede parecerse a una bola de hilo enredado, como en algunas visualizaciones de microscopio electrónico. Tanto en visualizaciones microscópicas ópticas como electrónicas, la eucromatina parece de un color más claro que la heterocromatina, que también está presente en el núcleo y aparece oscura, debido a su estructura menos compacta. 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 cromosómicas, irregularidades o reordenamientos. Un ejemplo de ello es la formación de bandas G, también conocida como tinción de Giemsa, en la que la eucromatina aparece más clara que la heterocromatina.

Función

El karyograma esquemático de un humano, mostrando una visión general del genoma humano usando la banda G, que es un método que incluye la tinción Giemsa, donde las regiones de tinción más ligeras son generalmente más eucarísticas, mientras que las regiones más oscuras generalmente son más heterocromáticas.

Transcripción

La eucromatina participa en la transcripción activa de ADN a 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, que luego puede iniciar el proceso de transcripción. Si bien no toda la eucromatina se transcribe necesariamente, ya que la eucromatina se divide en dominios transcripcionalmente activos e inactivos, la eucromatina todavía se asocia generalmente con la transcripción activa de genes. Por lo tanto, existe un vínculo directo con la 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 génica, ya que estos procesos se comportan de manera diferente en la cromatina densamente compactada. Esto se conoce como la 'hipótesis de accesibilidad'. Un ejemplo de eucromatina constitutiva que está 'siempre encendida' son los genes de limpieza, que codifican las proteínas necesarias para las funciones básicas de la supervivencia celular.

Epigenética

La epigenética implica cambios en el fenotipo que se pueden heredar sin cambiar la secuencia del ADN. Esto puede ocurrir a través de muchos tipos de interacciones ambientales. Con respecto a la eucromatina, las modificaciones postraduccionales de las histonas pueden alterar la estructura de la cromatina, dando como resultado una expresión génica alterada sin cambiar el ADN. Además, se ha demostrado que la pérdida de heterocromatina y el aumento de la eucromatina se correlacionan con un proceso de envejecimiento acelerado, especialmente en enfermedades que se asemejan al envejecimiento prematuro. La investigación ha mostrado marcadores epigenéticos en las histonas para una serie de enfermedades adicionales.

Regulación

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. La acetilación de histonas, por ejemplo, se asocia típicamente con la estructura de la eucromatina, mientras que la metilación de las histonas promueve la remodelación de la heterocromatina. La acetilación hace que el grupo de histonas tenga una carga más negativa, lo que a su vez interrumpe sus interacciones con la hebra de ADN, esencialmente "abriendo" la hebra para facilitar el acceso. 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.

La fosforilación de histonas es otro método por el cual se regula la eucromatina. Esto tiende a ocurrir en las colas N-terminales de las histonas, sin embargo, algunos sitios están presentes en el núcleo. La fosforilación está controlada por quinasas y fosfatasas, que agregan y eliminan los grupos fosfato respectivamente. Esto puede ocurrir en los residuos de serina, treonina o tirosina presentes en la eucromatina. Dado que los grupos de fosfato agregados a la estructura incorporarán una carga negativa, promoverá la forma "abierta" más relajada, similar a la acetilación. En lo que respecta a la funcionalidad, la fosforilación de histonas está involucrada en la expresión génica, la reparación de daños en el ADN y la remodelación de la cromatina.

Otro método de regulación que incorpora una carga negativa, favoreciendo así la forma “abierta”, es la ribosilación de ADP. 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.