Heterocromatina

Heterocromatina é uma forma compacta de DNA ou DNA condensado, que vem em múltiplas variedades. Essas variedades situam-se em um continuum entre os dois extremos da heterocromatina constitutiva e da heterocromatina facultativa. Ambos desempenham um papel na expressão de genes. Por ser compactado, foi considerado inacessível às polimerases e, portanto, não transcrito; entretanto, segundo Volpe et al. (2002), e muitos outros artigos desde então, grande parte deste DNA é de fato transcrito, mas é continuamente revertido através do silenciamento transcricional induzido por RNA (RITS). Estudos recentes com microscopia eletrônica e coloração com OsO4 revelam que o empacotamento denso não é devido à cromatina.

A heterocromatina constitutiva pode afetar os genes próximos a ela (por exemplo, variegação de efeito de posição). Geralmente é repetitivo e forma funções estruturais como centrômeros ou telômeros, além de atuar como atrator para outros sinais de expressão ou repressão gênica.

A heterocromatina facultativa é o resultado de genes que são silenciados através de um mecanismo como a desacetilação de histonas ou RNA que interage com Piwi (piRNA) através de RNAi. Não é repetitivo e compartilha a estrutura compacta da heterocromatina constitutiva. No entanto, sob sinais específicos de sinalização ambiental ou de desenvolvimento, ele pode perder sua estrutura condensada e tornar-se transcricionalmente ativo.

A heterocromatina tem sido associada à di e trimetilação do H3K9 em certas partes do genoma humano. As metiltransferases relacionadas ao H3K9me3 parecem ter um papel fundamental na modificação da heterocromatina durante o comprometimento da linhagem no início da organogênese e na manutenção da fidelidade da linhagem.

Estrutura

A cromatina é encontrada em duas variedades: eucromatina e heterocromatina. Originalmente, as duas formas eram distinguidas citologicamente pela intensidade com que eram coradas – a eucromatina é menos intensa, enquanto a heterocromatina cora intensamente, indicando um empacotamento mais compacto. A heterocromatina geralmente está localizada na periferia do núcleo. Apesar desta dicotomia inicial, evidências recentes em animais e plantas sugeriram que existem mais de dois estados distintos de heterocromatina, e pode de fato existir em quatro ou cinco “estados”, cada um marcado por diferentes combinações de características epigenéticas. marcas.

A heterocromatina consiste principalmente em sequências satélites geneticamente inativas, e muitos genes são reprimidos em vários graus, embora alguns não possam ser expressos na eucromatina. Tanto os centrômeros quanto os telômeros são heterocromáticos, assim como o corpo de Barr do segundo cromossomo X inativado em uma mulher.

Função

A heterocromatina tem sido associada a diversas funções, desde a regulação genética até a proteção da integridade cromossômica; algumas dessas funções podem ser atribuídas ao denso empacotamento do DNA, o que o torna menos acessível aos fatores proteicos que geralmente se ligam ao DNA ou a seus fatores associados. Por exemplo, as extremidades nuas de ADN de cadeia dupla seriam normalmente interpretadas pela célula como ADN danificado ou viral, desencadeando a paragem do ciclo celular, a reparação do ADN ou a destruição do fragmento, tal como por endonucleases em bactérias.

Algumas regiões da cromatina são densamente repletas de fibras que apresentam uma condição comparável à do cromossomo na mitose. A heterocromatina é geralmente herdada clonalmente; quando uma célula se divide, as duas células-filhas normalmente contêm heterocromatina nas mesmas regiões do DNA, resultando em herança epigenética. Variações fazem com que a heterocromatina invada genes adjacentes ou retroceda de genes nos extremos dos domínios. O material transcritível pode ser reprimido ao ser posicionado (em cis) nesses domínios fronteiriços. Isto dá origem a níveis de expressão que variam de célula para célula, o que pode ser demonstrado por variegação de efeito de posição. Sequências isolantes podem atuar como uma barreira em casos raros onde heterocromatina constitutiva e genes altamente ativos são justapostos (por exemplo, o isolador 5'HS4 a montante do locus β-globina da galinha e loci em dois Saccharomyces spp..).

Heterocromatina constitutiva

Todas as células de uma determinada espécie empacotam as mesmas regiões de DNA na heterocromatina constitutiva e, portanto, em todas as células, quaisquer genes contidos na heterocromatina constitutiva serão fracamente expressos. Por exemplo, todos os cromossomos humanos 1, 9, 16 e o cromossomo Y contêm grandes regiões de heterocromatina constitutiva. Na maioria dos organismos, a heterocromatina constitutiva ocorre ao redor do centrômero do cromossomo e próximo aos telômeros.

Heterocromatina facultativa

As regiões de DNA empacotadas em heterocromatina facultativa não serão consistentes entre os tipos de células dentro de uma espécie e, portanto, uma sequência em uma célula que é empacotada em heterocromatina facultativa (e os genes dentro dela são fracamente expressos) pode ser empacotada em eucromatina em outra célula (e os genes dentro dela não são mais silenciados). No entanto, a formação de heterocromatina facultativa é regulada e está frequentemente associada à morfogênese ou diferenciação. Um exemplo de heterocromatina facultativa é a inativação do cromossomo X em mamíferos fêmeas: um cromossomo X é empacotado como heterocromatina facultativa e silenciado, enquanto o outro cromossomo X é empacotado como eucromatina e expresso.

Entre os componentes moleculares que parecem regular a disseminação da heterocromatina estão as proteínas do grupo Polycomb e genes não codificantes, como o Xist. O mecanismo para tal disseminação ainda é motivo de controvérsia. Os complexos repressivos polycomb PRC1 e PRC2 regulam a compactação da cromatina e a expressão gênica e têm um papel fundamental nos processos de desenvolvimento. As aberrações epigenéticas mediadas pela PRC estão ligadas à instabilidade do genoma e à malignidade e desempenham um papel na resposta ao dano do DNA, na reparação do DNA e na fidelidade da replicação.

Heterocromatina de levedura

Saccharomyces cerevisiae, ou levedura em brotamento, é um eucarioto modelo e sua heterocromatina foi minuciosamente definida. Embora a maior parte do seu genoma possa ser caracterizada como eucromatina, S. cerevisiae possui regiões de DNA que são muito mal transcritas. Esses loci são os chamados loci do tipo de acasalamento silencioso (HML e HMR), o rDNA (que codifica o RNA ribossômico) e as regiões subteloméricas. A levedura de fissão (Schizosaccharomyces pombe) utiliza outro mecanismo para a formação de heterocromatina em seus centrômeros. O silenciamento de genes neste local depende de componentes da via do RNAi. Acredita-se que o RNA de fita dupla resulta no silenciamento da região através de uma série de etapas.

Na levedura de fissão Schizosaccharomyces pombe, dois complexos de RNAi, o complexo RITS e o complexo de RNA polimerase dirigido por RNA (RDRC), fazem parte de uma maquinaria de RNAi envolvida na iniciação, propagação e manutenção da montagem da heterocromatina. Esses dois complexos localizam-se de maneira dependente de siRNA nos cromossomos, no local da montagem da heterocromatina. A RNA polimerase II sintetiza um transcrito que serve como plataforma para recrutar RITS, RDRC e possivelmente outros complexos necessários para a montagem da heterocromatina. Tanto o RNAi quanto um processo de degradação de RNA dependente de exossomo contribuem para o silenciamento de genes heterocromáticos. Esses mecanismos do Schizosaccharomyces pombe podem ocorrer em outros eucariotos. Uma grande estrutura de RNA chamada RevCen também foi implicada na produção de siRNAs para mediar a formação de heterocromatina em algumas leveduras de fissão.