El término S / MAR ( región de unión de andamio / matriz ), también llamado SAR ( región de unión de andamio ) o MAR ( región asociada a la matriz ), son secuencias en el ADN de los cromosomas eucariotas donde se une la matriz nuclear . Como componentes arquitectónicos del ADN que organizan el genoma de los eucariotas en unidades funcionales dentro del núcleo celular , los S / MAR median la organización estructural de la cromatina dentro del núcleo. Estos elementos constituyen puntos de anclaje del ADN.para el armazón de la cromatina y sirven para organizar la cromatina en dominios estructurales . Los estudios sobre genes individuales llevaron a la conclusión de que la organización dinámica y compleja de la cromatina mediada por elementos S / MAR juega un papel importante en la regulación de la expresión génica .
Descripción general
Se sabe desde hace muchos años que una red polimérica, la denominada " matriz nuclear " o "andamio nuclear", es un componente esencial de los núcleos eucariotas. Este esqueleto nuclear actúa como soporte dinámico para muchos eventos especializados relacionados con la lectura de una extensión de información genética (ver más abajo).
Los S / MAR se asignan a ubicaciones no aleatorias en el genoma. Ocurren en los flancos de las regiones transcritas, en los intrones 5´- y también en las regiones de grupos de puntos de ruptura de genes (BCR). Al ser puntos de asociación para proteínas estructurales nucleares comunes, las S / MAR son necesarias para la replicación y transcripción cromosómica auténtica y eficiente , para la recombinación y condensación cromosómica. Los S / MAR no tienen una secuencia de consenso obvia. Aunque los elementos prototipo consisten en regiones ricas en AT de varios cientos de pares de bases de longitud, la composición de bases general definitivamente no es el principal determinante de su actividad. En cambio, su función requiere un patrón de "parches AT" que confieren la propensión al desapareamiento local de hebras bajo tensión torsional .
Los enfoques bioinformáticos apoyan la idea de que, por estas propiedades, los S / MAR no solo separan una unidad transcripcional determinada (dominio de cromatina) de sus vecinas, sino que también proporcionan plataformas para el ensamblaje de factores que permiten eventos transcripcionales dentro de un dominio dado. Una mayor propensión a separar las cadenas de ADN (el llamado potencial de 'desestabilización dúplex inducida por estrés', SIDD ) puede servir para la formación de estructuras secundarias como cruciformes o estructuras de deslizamiento , que son características reconocibles para varias enzimas ( ADNasas , topoisomerasas , poli (ADP-ribosil) polimerasas y enzimas del aparato de acetilación de histonas y metilación de ADN ). Las S / MAR se han clasificado como constitutivas (que actúan como límites de dominio permanentes en todos los tipos de células) o facultativas (relacionadas con el tipo de célula y la actividad) según sus propiedades dinámicas.
Si bien se ha estimado que el número de S / MAR en el genoma humano se acerca a 64.000 (dominios de cromatina) más 10.000 adicionales (focos de replicación), en 2007 todavía solo una fracción menor (559 para todos los eucariotas) había cumplido los criterios estándar para una anotación en la base de datos S / MARt SMARtDB .
Propiedades dependientes del contexto
Los puntos de vista actuales de la matriz nuclear la visualizan como una entidad dinámica, que cambia sus propiedades a lo largo de los requisitos del núcleo celular, al igual que el citoesqueleto adapta su estructura y función a las señales externas. En retrospectiva, cabe señalar que el descubrimiento de S / MAR tiene dos rutas principales:
- la descripción de los elementos de unión al andamio (SAR) de Laemmli y sus compañeros de trabajo, que se pensaba que delimitaban los límites de un dominio de cromatina dado [1]
- la caracterización de las regiones asociadas a la matriz (MAR), cuyos primeros ejemplos apoyaron al potenciador de la cadena kapp de inmunoglobulina de acuerdo con su ocupación con factores de transcripción [2]
El trabajo posterior demostró tanto la función constitutiva (similar a SAR) como la función facultativa (similar a MAR) de los elementos según el contexto. Mientras que se encontró que las S / MAR constitutivas estaban asociadas con un sitio hipersensible a la ADNasa I en "todos" los tipos de células (se transcribiera o no el dominio encerrado), la hipersensibilidad a la ADNasa I del tipo facultativo dependía del estado transcripcional. [3] La principal diferencia entre estos dos tipos funcionales de S / MAR es su tamaño: los elementos constitutivos pueden extenderse sobre varios kilopairs mientras que los facultativos se encuentran en el límite de tamaño inferior alrededor de 300 pares de bases.
La figura muestra nuestra comprensión actual de estas propiedades e incorpora los siguientes hallazgos:
- las propiedades dinámicas de los contactos de andamio S / MAR derivadas de las investigaciones de haloFISH [4]
- el hecho de que durante la transcripción el ADN se enrolla a través de la ARN-polimerasa, que en sí misma es un componente fijo de la matriz nuclear [5]
- el hecho de que ciertos S / MAR intrínsecos al dominio requieren el apoyo de un factor de transcripción adyacente para activarse. [3]
Información Adicional
Recientemente, Tetko ha encontrado una fuerte correlación de S / MAR intragénicos con la expresión espacio-temporal de genes en Arabidopsis thaliana . [6] A escala del genoma, se han detectado patrones pronunciados de expresión de genes que contienen S / MAR, específicos de órganos y tejidos y del desarrollo. En particular, los genes de los factores de transcripción contienen una porción significativamente mayor de S / MAR. La marcada diferencia en las características de expresión de los genes que contienen S / MAR enfatiza su importancia funcional y la importancia de las características cromosómicas estructurales para la regulación génica en plantas, así como en otros eucariotas.
Referencias
- ^ Mirkovitch J, Mirault ME, Laemmli UK (noviembre de 1984). "Organización del bucle de cromatina de orden superior: sitios de unión de ADN específicos en el andamio nuclear". Celular . 39 (1): 223–32. doi : 10.1016 / 0092-8674 (84) 90208-3 . PMID 6091913 .
- ^ Cockerill PN, Garrard WT (enero de 1986). "El anclaje de bucle cromosómico del gen de inmunoglobulina kappa se produce junto al potenciador en una región que contiene sitios de topoisomerasa II". Celular . 44 (2): 273–82. doi : 10.1016 / 0092-8674 (86) 90761-0 . PMID 3002631 .
- ^ a b Klar M, Stellamanns E, Ak P, Gluch A, Bode J (diciembre de 2005). "Estructuras genómicas dominantes: funciones de detección y señal potencial en el dominio interferón-beta". Gene . 364 : 79–89. doi : 10.1016 / j.gene.2005.07.023 . PMID 16185826 .
- ^ Heng HH, Goetze S, Ye CJ y col. (Marzo de 2004). "Los bucles de cromatina se anclan selectivamente utilizando regiones de unión de andamio / matriz" . J. Cell Sci . 117 (Pt 7): 999–1008. doi : 10.1242 / jcs.00976 . PMID 14996931 .
- ^ Jackson DA, Dolle A, Robertson G, Cook PR (agosto de 1992). "Las uniones de los bucles de cromatina al nucleoesqueleto". Cell Biol. En t. Rep . 16 (8): 687–96. doi : 10.1016 / s0309-1651 (05) 80013-x . PMID 1446346 .
- ^ Véase Tetko, Igor V., Georg Haberer, Stephen Rudd, Blake Meyers, Hans-Werner Mewes y Klaus FX Mayer (2006) El control de la expresión espaciotemporal se correlaciona con las regiones de unión de la matriz de andamio intragénico (S / MAR) en Arabidopsis thaliana . PLoS Computational Biology 2 : 136-145. Copia en línea .