La cromatina es una masa de tejido genético compuesta por ADN y proteínas que se condensa para dar forma a los cromosomas en todo el departamento móvil eucariota. La cromatina se encuentra dentro del núcleo de las células.

La función principal de este tejido compuesto de ADN y proteínas es comprimir el ADN en una unidad compacta que es más pequeña y puede caber dentro del núcleo. La cromatina está formada por complejos de pequeñas proteínas llamadas histonas y ADN.

Las histonas ayudan a organizar el ADN en sistemas conocidos como nucleosomas, ofreciendo una base sobre la que se puede enrollar el ADN. Un nucleosoma incluye una serie de ADN de aproximadamente ciento cincuenta pares de bases que se envuelve alrededor de un duro y rápido de 8 histonas conocido como octámero.

¿Qué es la cromatina?

La cromatina es un complejo altamente organizado de ADN y proteínas y es uno de los principales componentes del núcleo celular. Las proteínas histónicas ayudan a organizar el ADN en unidades estructurales denominadas nucleosomas, que luego se ensamblan en una estructura compacta (cromatina) y, finalmente, en estructuras muy grandes de alto nivel (cromosomas). La accesibilidad localizada de la cromatina está regulada en gran medida por las modificaciones postraduccionales de las proteínas histónicas y del ADN, que tienen efectos dramáticos en la regulación de la estructura de la cromatina, la unión de los complejos modificadores de la cromatina y los reguladores de la transcripción.

Definición

Es el complejo de ADN genómico y proteínas asociadas en el núcleo. Esta mejor forma del ADN permite a las células empaquetar su ADN, proporciona un andamiaje para el departamento móvil y controla la expresión de los genes. La forma determinada a través de un repertorio dinámico de proteínas, alterna entre la heterocromatina condensada y la eucromatina prolongada.

Estructura de la cromatina

Las proteínas histónicas y el ADN tienen la misma masa en la cromatina eucariótica (aunque también hay células con proteínas no histónicas). El nucleosoma es la unidad estructural de la cromatina, que a su vez está formada por ADN y proteínas (histonas o no histonas). Esta estructura se repite en todo el material genético de un organismo. A continuación se muestra la estructura de este compuesto de ADN y proteínas empaquetadas en la estructura de orden superior.

Función de la cromatina

Al principio se consideraba que la cromatina era la sustancia que da color al núcleo celular. Más tarde se descubrió que no sólo es una sustancia colorante, sino que es uno de los reguladores más importantes de la expresión del ADN. La estructura de la cromatina también desempeña un papel importante en la replicación del ADN. El ensamblaje del ADN en la cromatina y el nucleosoma da lugar a una estructura hermética a la que no pueden acceder las enzimas responsables de la transcripción, replicación y reparación del ADN.

El empaquetamiento de la estructura de ADN es transcripcionalmente represivo y sólo permite un nivel basal de expresión génica. Si las estructuras nucleosómicas están abiertas o interrumpidas, el ADN puede replicarse y transcribirse más fácilmente.

Durante el proceso de transcripción, la estructura de este compuesto de ADN y proteínas es modificada por ciertos represores y activadores que interactúan con el ARN para regular la actividad de los genes. Los activadores alteran la estructura del nucleosoma, estimulando el ensamblaje de la ARN polimerasa. Durante la replicación, se produce una regulación similar de la estructura de la cromatina, lo que permite que la maquinaria de replicación esté en su sitio en el origen de la replicación.

La cromatina también desempeña un papel en la regulación de la expresión génica. Mediante la técnica de la variegación posicional, los genes pueden llegar a ser transcripcionalmente inactivos al situarse cerca de la heterocromatina silenciosa. La distancia entre la cromatina silenciosa de la heterocromatina y los genes puede ser de hasta 1000 pares de kilobases. Este fenómeno se denomina epigenética porque produce variaciones en el fenotipo.

Los científicos han propuesto que la naturaleza altamente condensada de la heterocromatina impide la transcripción del ADN. Sin embargo, aún no está del todo claro cómo se ven afectadas las regiones vecinas no heterocromáticas. Los investigadores descubrieron que las proteínas pueden difundirse en las regiones vecinas para producir un efecto represivo similar. Los investigadores también propusieron que los compartimentos del núcleo no accesibles a los factores de transcripción pueden albergar heterocromatina. Por lo tanto, es posible que la cromatina del núcleo no sea directamente accesible a los factores de transcripción.

La estructura de la cromatina afecta a la replicación del ADN. Por ejemplo, la eucromatina y otras zonas activas del genoma se replican antes. Del mismo modo, en la heterocromatina y la zona silenciosa que la rodea, el proceso de replicación es lento. A continuación se definen otras características cruciales de este compuesto de ADN y proteínas.

Embalaje del ADN

La función más importante de la cromatina es empaquetar largas cadenas de ADN en un espacio mucho más pequeño. La longitud lineal del ADN es muy importante en relación con su ubicación. Para que encaje sin enredarse o dañarse, el ADN debe ser compactado por algún método. La compactación del ADN en el núcleo se llama condensación. El grado de condensación del ADN dentro de un cuerpo se denomina ratio de empaquetamiento. La proporción de empaquetamiento del ADN es de aproximadamente 7000. Debido a esta elevada relación de empaquetamiento, el ADN no está incrustado directamente en la estructura de la cromatina. En su lugar, existen diferentes jerarquías de organización.

El empaquetamiento inicial se consigue envolviendo el ADN alrededor del nucleosoma. Este empaquetamiento es igual para la heterocromatina y la eucromatina. El segundo nivel de empaquetamiento se consigue envolviendo las perlas en una fibra de 30 nm que también se encuentra en los cromosomas mitóticos y en la cromatina interfásica. Esta envoltura aumenta la proporción de empaquetamiento de 6 a 40. La tercera etapa de compactación se consigue enrollando la fibra en anillos, dominios y andamios. Este último enrollamiento aumenta la relación de empaquetamiento a 10.000 en los cromosomas mitóticos y a 1.000 en la cromatina interfásica.

Inmunoprecipitación de la cromatina

La inmunoprecipitación de la cromatina (ChIP) es una poderosa técnica para cartografiar la distribución in vivo de las proteínas asociadas al ADN cromosómico. Estas proteínas pueden ser subunidades de histonas y modificaciones postraduccionales u otras proteínas asociadas a la cromatina, como factores de transcripción, reguladores de la cromatina, etc. Además, la ChIP puede utilizarse para identificar regiones del genoma asociadas a estas proteínas o, a la inversa, para identificar proteínas asociadas a una región concreta del genoma. La metodología de ChIP suele implicar la reticulación proteína-ADN y proteína-proteína, la fragmentación de la cromatina reticulada y la posterior inmunoprecipitación de la cromatina con un anticuerpo específico para una proteína diana. Los fragmentos de ADN aislados en complejo con la proteína diana pueden identificarse mediante diversos métodos, como la PCR, los microarrays y la secuenciación del ADN.

Cromosomas

Los cromosomas se comprimen aún más durante la metafase. Durante la división celular en las células eucariotas, el ADN debe dividirse por igual en dos células hijas. Durante esta fase, el ADN está muy comprimido y, en cuanto la célula termina de dividirse, el cromosoma se retrae. Si se compara la longitud de los cromosomas en metafase con la del ADN lineal, la relación de empaquetamiento puede llegar a ser de 10.000:1. Este alto nivel de empaquetamiento se consigue gracias a la fosforilación de la histona H1.

Fuentes

1. Comings D E. The structure and function of chromatin [M]. Advances in human genetics
2. Brenner’s Encyclopedia of Genetics
3. Chromatin accessibility: a window into the genome