La heterocromatina es una forma compacta de ADN o ADN condensado , que se presenta en múltiples variedades. Estas variedades se encuentran en un continuo entre los dos extremos de heterocromatina constitutiva y heterocromatina facultativa . Ambos juegan un papel en la expresión de genes . Debido a que está muy empaquetado, se pensó que era inaccesible para las polimerasas y, por lo tanto, no se transcribía, sin embargo, según Volpe et al. (2002), [1] y muchos otros artículos desde entonces, [2] gran parte de este ADN se transcribe de hecho, pero se entrega continuamente a través del silenciamiento transcripcional inducido por ARN.(RITS). Estudios recientes con microscopía electrónica y tinción con OsO 4 revelan que el empaquetamiento denso no se debe a la cromatina. [3]
La heterocromatina constitutiva puede afectar a los genes cercanos a sí misma (p. Ej., Variegación por efecto de posición ). Suele ser repetitivo y forma funciones estructurales como centrómeros o telómeros , además de actuar como atractor de otras señales de expresión o represión génica.
La heterocromatina facultativa es el resultado de genes que se silencian a través de un mecanismo como la desacetilación de histonas o el ARN que interactúa con Piwi (piARN) a través de ARNi . No es repetitivo y comparte la estructura compacta de la heterocromatina constitutiva. Sin embargo, bajo señales específicas de desarrollo o ambientales, puede perder su estructura condensada y volverse transcripcionalmente activa. [4]
La heterocromatina se ha asociado con la di- y tri- metilación de H3K9 en ciertas partes del genoma. [5] Las metiltransferasas relacionadas con H3K9me3 parecen tener un papel fundamental en la modificación de la heterocromatina durante el compromiso del linaje al inicio de la organogénesis y en el mantenimiento de la fidelidad al linaje. [6]
Estructura
La cromatina se encuentra en dos variedades: eucromatina y heterocromatina. [7] Originalmente, las dos formas se distinguían citológicamente por la intensidad con la que se tiñen: la eucromatina es menos intensa, mientras que la heterocromatina se tiñe intensamente, lo que indica un empaquetamiento más apretado. La heterocromatina suele localizarse en la periferia del núcleo . A pesar de esta dicotomía temprana, la evidencia reciente tanto en animales [8] como en plantas [9] ha sugerido que hay más de dos estados de heterocromatina distintos, y de hecho puede existir en cuatro o cinco 'estados', cada uno marcado por diferentes combinaciones de marcas epigenéticas .
La heterocromatina consiste principalmente en secuencias satélite genéticamente inactivas , [10] y muchos genes están reprimidos en diversos grados, aunque algunos no pueden expresarse en eucromatina en absoluto. [11] Tanto los centrómeros como los telómeros son heterocromáticos, al igual que el cuerpo de Barr del segundo cromosoma X inactivado en una mujer.
Función
La heterocromatina se ha asociado con varias funciones, desde la regulación de genes hasta la protección de la integridad de los cromosomas; [12] Algunas de estas funciones se pueden atribuir al denso empaquetamiento del ADN, lo que lo hace menos accesible a los factores proteicos que generalmente se unen al ADN o sus factores asociados. Por ejemplo, los extremos desnudos del ADN bicatenario normalmente serían interpretados por la célula como ADN dañado o viral, desencadenando la detención del ciclo celular , la reparación del ADN o la destrucción del fragmento, por ejemplo, por endonucleasas en bacterias.
Algunas regiones de la cromatina están muy densamente empaquetadas con fibras que muestran una condición comparable a la del cromosoma en la mitosis . La heterocromatina generalmente se hereda por clonación; cuando una célula se divide, las dos células hijas normalmente contienen heterocromatina dentro de las mismas regiones de ADN, lo que da como resultado una herencia epigenética . Las variaciones hacen que la heterocromatina invada genes adyacentes o retroceda de genes en los extremos de los dominios. El material transcribible puede reprimirse colocándolo (en cis ) en estos dominios límite. Esto da lugar a niveles de expresión que varían de una célula a otra, [13] lo que puede demostrarse mediante la variación del efecto de posición . [14] Las secuencias aislantes pueden actuar como una barrera en casos raros donde la heterocromatina constitutiva y los genes altamente activos se yuxtaponen (por ejemplo, el aislante 5'HS4 corriente arriba del locus de β-globina de pollo, [15] y loci en dos Saccharomyces spp. [16] ] [17] ).
Heterocromatina constitutiva
Todas las células de una especie dada empaquetan las mismas regiones de ADN en la heterocromatina constitutiva y, por tanto, en todas las células, cualquier gen contenido dentro de la heterocromatina constitutiva se expresará pobremente . Por ejemplo, todos los cromosomas humanos 1 , 9 , 16 y el cromosoma Y contienen grandes regiones de heterocromatina constitutiva. En la mayoría de los organismos, la heterocromatina constitutiva se produce alrededor del centrómero del cromosoma y cerca de los telómeros.
Heterocromatina facultativa
Las regiones de ADN empaquetadas en heterocromatina facultativa no serán consistentes entre los tipos de células dentro de una especie y, por lo tanto, una secuencia en una célula que está empaquetada en heterocromatina facultativa (y los genes en su interior están mal expresados) puede empaquetarse en eucromatina en otra célula. (y los genes internos ya no están silenciados). Sin embargo, la formación de heterocromatina facultativa está regulada y, a menudo, se asocia con morfogénesis o diferenciación . Un ejemplo de heterocromatina facultativa es la inactivación del cromosoma X en mamíferos hembras: un cromosoma X se empaqueta como heterocromatina facultativa y se silencia, mientras que el otro cromosoma X se empaqueta como eucromatina y se expresa.
Entre los componentes moleculares que parecen regular la propagación de la heterocromatina se encuentran las proteínas del grupo Polycomb y genes no codificantes como Xist . El mecanismo de tal difusión sigue siendo motivo de controversia. [18] Los complejos represivos polycomb PRC1 y PRC2 regulan la compactación de la cromatina y la expresión de genes y tienen un papel fundamental en los procesos de desarrollo. Las aberraciones epigenéticas mediadas por PRC están relacionadas con la inestabilidad del genoma y la malignidad y desempeñan un papel en la respuesta al daño del ADN , la reparación del ADN y la fidelidad de la replicación . [19]
Heterocromatina de levadura
Saccharomyces cerevisiae , o levadura en ciernes, es un eucariota modeloy su heterocromatina se ha definido a fondo. Aunque la mayor parte de su genoma se puede caracterizar como eucromatina, S. cerevisiae tiene regiones de ADN que se transcriben muy mal. Estos loci son los denominados loci de tipo de apareamiento silencioso (HML y HMR), el ADNr (que codifica el ARN ribosómico) y las regiones subteloméricas. La levadura de fisión ( Schizosaccharomyces pombe ) utiliza otro mecanismo para la formación de heterocromatina en sus centrómeros. El silenciamiento de genes en esta ubicación depende de los componentes de lavía del ARNi . Se cree que el ARN de doble hebra da como resultado el silenciamiento de la región a través de una serie de pasos.
En la levadura de fisión Schizosaccharomyces pombe , dos complejos de ARNi, el complejo RITS y el complejo de ARN polimerasa dirigido por ARN (RDRC), son parte de una maquinaria de ARNi involucrada en el inicio, propagación y mantenimiento del ensamblaje de heterocromatina. Estos dos complejos se localizan de una manera dependiente del ARNip en los cromosomas, en el sitio de ensamblaje de la heterocromatina. La ARN polimerasa II sintetiza una transcripción que sirve como plataforma para reclutar RITS, RDRC y posiblemente otros complejos necesarios para el ensamblaje de heterocromatina. [20] [21] Tanto el ARNi como un proceso de degradación del ARN dependiente de exosomas contribuyen al silenciamiento de genes heterocromáticos. Estos mecanismos de Schizosaccharomyces pombe pueden ocurrir en otros eucariotas. [22] Una gran estructura de ARN llamada RevCen también se ha implicado en la producción de ARNip para mediar en la formación de heterocromatina en algunas levaduras de fisión. [23]
Ver también
- Heterocromatina céntrica
Referencias
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Un relato actualizado de la comprensión actual del ADN repetitivo, que generalmente no contiene información genética. Si la evolución tiene sentido solo en el contexto del control regulador de genes, proponemos que la heterocromatina, que es la forma principal de cromatina en eucariotas superiores, está posicionada para ser un objetivo profundamente eficaz para el cambio evolutivo. Las investigaciones futuras sobre el ensamblaje, el mantenimiento y las muchas otras funciones de la heterocromatina arrojarán luz sobre los procesos de regulación de genes y cromosomas.
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enlaces externos
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