Nucleosomas: definición, estructura y función en la cromatina

Nucleosomas: definición, estructura y función en la cromatina. Explicación clara sobre cómo empaquetan el ADN, regulan genes y participan en la división celular.

Los nucleosomas son los elementos fundamentales que forman los cromosomas. Cada nucleosoma está formado por un segmento de ADN (~147 pares de bases) enrollado alrededor de un núcleo proteico de histona. El conjunto ADN + histonas constituye la cromatina, y la organización en nucleosomas es el primer nivel de empaquetamiento del genoma en la célula.

Estructura y componentes

El núcleo proteico del nucleosoma, denominado octámero de histonas, está formado por dos copias de cada una de las histonas centrales H2A, H2B, H3 y H4. Alrededor de este octámero el ADN completa aproximadamente 1,65 vueltas, lo que equivale a ~147 pares de bases. Entre nucleosomas adyacentes hay un tramo de ADN llamado ADN linker; a veces una histona adicional, la H1 (histona “linker”), se une a este ADN y estabiliza la unión, formando el llamado cromatosoma (longitud total ~165–175 pb en muchos organismos).

Organización en niveles superiores

Primero, el ADN y una proteína forman la cromatina. A continuación, la cromatina se empaqueta en nucleosomas. A continuación, los nucleosomas se empaquetan para formar un cromosoma. Este empaquetamiento sucesivo permite:

• Que los cromosomas funcionen correctamente durante la división celular (compactación y segregación del material genético).
• Que el ADN muy largo se envuelva en un paquete más corto, optimizando el espacio dentro del núcleo.
• Que las proteínas asociadas a la cromatina regulan la acción de los genes mediante control del acceso al ADN.

Los niveles superiores incluyen fibras de nucleosomas y estructuras más compactas (históricamente se habló de una “fibra de 30 nm”, aunque su existencia y organización exacta en células vivas es objeto de debate y puede variar según el tipo celular y el estado funcional).

Función en la regulación genética

El nucleosoma no solo compacta el ADN; es un regulador dinámico del acceso al material genético. Al envolver el ADN, los nucleosomas pueden impedir o facilitar la unión de factores de transcripción y la maquinaria de transcripción, por lo que su posición y modificación influyen directamente en la expresión génica. La remodelación de nucleosomas (desplazamiento, expulsión o reorganización) es realizada por complejos remodeladores de la cromatina (por ejemplo, SWI/SNF, ISWI, CHD) y por chaperonas de histonas (CAF-1, NAP1) durante la replicación, reparación y transcripción.

Modificaciones de histonas y variantes

Las histonas tienen colas N-terminales sujetas a numerosas modificaciones postraduccionales (acetilación, metilación, fosforilación, ubiquitinación, entre otras) que actúan como señales epigenéticas. Por ejemplo, la acetilación suele asociarse con cromatina abierta y transcripción activa, mientras que ciertas metilaciones pueden asociarse tanto a activación como a represión según el residuo modificado. Además, existen variantes de histonas (H3.3, H2A.Z, macroH2A, etc.) que reemplazan a las histonas canónicas en lugares específicos del genoma y confieren propiedades funcionales particulares a los nucleosomas.

Dinámica y procesos celulares

Los nucleosomas son dinámicos: se desplazan, se ensamblan y se desensamblan durante la transcripción, la replicación del ADN y la reparación del daño. Durante la fase S del ciclo celular, los nucleosomas deben reensamblarse tras el paso de la horquilla de replicación, un proceso asistido por chaperonas. En transcripción, la ARN polimerasa puede desplazar parcial o totalmente nucleosomas; luego se reconstituye la cromatina para mantener la arquitectura genómica.

Métodos para estudiarlos

Entre las técnicas experimentales para mapear y estudiar nucleosomas se encuentran:

• Digestión con micrococina nuclease (MNase) seguida de secuenciación (MNase-seq) para identificar posicionamiento de nucleosomas.
• ATAC-seq para detectar regiones de cromatina accesible (menos ocupadas por nucleosomas).
• ChIP-seq usando anticuerpos contra histonas o modificaciones específicas para localizar marcas epigenéticas.
• Crio‑microscopía electrónica y cristalografía para determinar estructuras a alta resolución del nucleosoma y sus complejos.

Relevancia biológica y clínica

Alteraciones en la estructura o en la regulación de los nucleosomas están implicadas en diversas enfermedades, incluido el cáncer (por ejemplo, mutaciones en histonas o desregulación de enzimas que modifican histonas). Esto ha motivado el desarrollo de terapias epigenéticas, como inhibidores de histona deacetilasas (HDAC) o de histona metiltransferasas.

En resumen, los nucleosomas son la unidad básica de empaquetamiento del ADN y desempeñan un papel clave en la protección, organización y regulación funcional del genoma. Su estructura conservada y su dinámica permiten a las células controlar qué regiones del ADN están accesibles en cada momento y responder a señales celulares y ambientales.

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