¿Cómo se empaqueta nuestro genoma?

Hasta ahora hemos definido lo que es una célula, hemos comparado las dos categorías diferentes de células: eucariotas y procariotas, hemos esbozado las funciones de los orgánulos y hemos hablado del núcleo de una célula. Para seguir profundizando en la célula, veamos más de cerca cómo se empaqueta y almacena de forma segura nuestra información genética.

Si tomáramos el ADN de una célula y lo estiráramos de extremo a extremo, mediría aproximadamente 2 metros [1]. Sin embargo, el diámetro medio de un núcleo humano es sólo de unas 10 micras, lo que significa que es 200.000 veces más pequeño que la longitud total del ADN. Sin embargo, todo el material genético es capaz de encajar de forma ordenada y compacta en un núcleo y estar fácilmente accesible siempre que la célula lo necesite. Los seres humanos, y otros organismos eucariotas en general, han superado esta paradoja de tamaño y empaquetamiento creando la cromatina.

¿Qué es la cromatina?

La cromatina es una combinación de ADN y proteínas que forman los cromosomas de una célula. La unidad básica de repetición de la cromatina es el nucleosoma, la primera estructura de compactación y organización del genoma [2].

El nucleosoma

Los nucleosomas están compuestos por dos copias de cuatro proteínas: Histona 3 (H3), Histona 4 (H4), Histona 2A (H2A) e Histona 2B (H2B). Se puede imaginar un nucleosoma como las cuentas de un collar de perlas. Estas ocho histonas están cargadas positivamente, lo que facilita el enrollamiento del ADN cargado negativamente a su alrededor - en este caso el ADN actuará como el hilo de un collar. El espacio entre cada nucleosoma contiene un "ADN enlazador", y toda la estructura se conoce comúnmente como "cuentas-en-una-cuerda" (“beads-on-a-string”, en inglés) [3-4]. Sin embargo, esta disposición aún no es suficiente para garantizar que los 2 metros de ADN quepan dentro del núcleo, por lo que sigue siendo necesario un mayor nivel de compactación.

Figura 1. Estructura del nucleosoma.

¿Más compactación?

Para conseguir un empaquetamiento aún mayor, las células eucariotas emplean otra proteína conocida como Histona 1 (H1). Ésta se une al ADN enlazador y organiza las "cuentas en una cuerda" en una estructura más compacta y condensada [4].

Figura 2. Estructura compacta con histona enlazadora.

Sin embargo, esta última estructura no ha sido completamente estudiada, y existen debates sobre si este último nivel de compactación existe [5]. Los experimentos realizados en laboratorio han demostrado que la disposición de histonas y ADN en tubos de ensayo con las condiciones adecuadas puede conducir al desarrollo de esta estructura compactada. En cambio, la cromatina en su entorno natural es más dinámica y no necesitaría necesariamente de esta estructura. Por ahora, el consenso actual es que esta estructura existe, pero es mucho más compleja y desordenada de lo que se ve en los tubos de ensayo [5].

Aunque las últimas etapas de la compactación no están claramente definidas por el momento, la compactación de los nucleosomas permite que el ADN quepa dentro de un núcleo diminuto. Para saber cómo se desenvuelve y se lee el ADN, ¡estate atento al post de la semana que viene!

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Escrito por: Renard

Editado por: María y Natasha

Traducido por: María

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Referencias (inglés):

1. Piovesan, A. et al. (2019) "On the length, weight and GC content of the human genome", BMC Research Notes, 12(1). Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6391780/

2. Kornberg, RD. (1977) “Structure of chromatin”, Annual Review of Biochemistry, 46:1, 931-954. Available at: https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.bi.46.070177.004435

3. Luger, K. et al. (1997) "Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 Å resolution", Nature, 389(6648), pp. 251-260. Available at: https://www.nature.com/articles/38444

4. Li, G. and Zhu, P. (2015) "Structure and organization of chromatin fiber in the nucleus", FEBS Letters, 589(20PartA), pp. 2893-2904. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0014579315002811#f0020

5. Mansisidor, A. and Risca, V. (2022) "Chromatin accessibility: methods, mechanisms, and biological insights", Nucleus, 13(1), pp. 238-278. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9683059/