¿Qué es la heterocromatina?
La heterocromatina es una porción de cromatina (ADN y proteínas histonas) densamente empaquetada de los cromosomas eucariotas. Usualmente, se asocia con las regiones silentes del genoma, es decir, con aquellas transcripcionalmente inactivas.
Heitz, en 1928, fue el primero en distinguir dos tipos diferentes de cromatina en los cromosomas eucariotas durante la interfase, describiendo la eucromatina y la heterocromatina con base en su compactación diferencial.
Si los cromosomas eucariotas son teñidos por medio de diversas técnicas, específicas para el ADN, las observaciones microscópicas revelan que existen regiones de estas estructuras que se tiñen más intensamente que otras. Estas regiones corresponden a las regiones hipercompactas de la heterocromatina.
La heterocromatinización del ADN, es decir, su empaquetamiento, puede ocurrir en una célula en respuesta a distintos factores, y puede ser facultativa o constitutiva.
La heterocromatina constitutiva es un rasgo permanente que generalmente se hereda, mientras que la heterocromatina facultativa puede estar o no en un cromosoma en un momento determinado. El mejor ejemplo de heterocromatina constitutiva es el de uno de los dos cromosomas X en las mujeres.
En los eucariotas, la heterocromatina almacena y compacta los grandes genomas que los caracterizan, especialmente aquellas regiones que consisten en secuencias repetitivas, fracciones remanentes de retro transposones invasores, elementos transponibles, entre otras.
Estructura de la heterocromatina
La heterocromatina no tiene una estructura muy diferente a la de la cromatina menos densamente empaquetada, la eucromatina.
Entendiendo esto, es importante recordar que los cromosomas eucariotas están compuestos por una molécula de ADN asociada con unas proteínas llamadas histonas. Ocho histonas forman un núcleo octamérico, que se conoce como nucleosoma, alrededor del cual se enrolla el ADN.
La asociación del ADN con las histonas ocurre gracias a interacciones electrostáticas entre las cargas positivas de los residuos básicos de estas proteínas y las cargas negativas de los grupos fosfato de la estructura de la hebra del ADN.
- El octámero de histonas. Cada octámero de histonas está compuesto por un tetrámero de las histonas H3 y H4, y por dos dímeros de las histonas H2A y H2B; alrededor de cada núcleo de histonas se acomodan más o menos 146 pares de bases de ADN. Los nucleosomas se acercan unos a otros gracias a la participación de otra histona, conocida como histona de unión o de puente (linker, en inglés), que es la histona H1. La cromatina está compuesta, entonces, por nucleosomas sucesivos que se compactan para formar una estructura fibrosa de mayor espesor, pero menor longitud. Cada histona se caracteriza por la presencia de una cola de aminoácidos que puede sufrir modificaciones enzimáticas covalentes. Se ha comprobado que estas modificaciones afectan el grado de expresión o de silenciamiento de los genes asociados con los nucleosomas, así como el nivel de compactación de la cromatina. Particularmente, la heterocromatina se caracteriza por la hipoacetilación de las histonas en todos los eucariotas, y por la metilación de la histona H3 en el residuo de lisina 9, solo para los eucariotas “superiores”. Las enzimas responsables de llevar a cabo estas modificaciones se conocen, respectivamente, como histonas deacetilasas e histonas metiltransferasas. Además de las modificaciones en las histonas, el ADN también puede ser metilado, lo que influye en el grado de compactación de la cromatina y corresponde al segundo de los dos mecanismos epigenéticos de organización del genoma eucariota.
- Ubicación de la heterocromatina. La heterocromatina, como se comentó al comienzo, puede ser constitutiva o facultativa. La constitutiva es particularmente abundante en las regiones genómicas que poseen una alta densidad de secuencias repetitivas (como los elementos satélites, por ejemplo), donde existen abundantes elementos transponibles silenciados, en las regiones centroméricas y en los telómeros. Se dice que es constitutiva porque estas regiones del genoma permanecen condensadas o compactas durante la división celular. En una célula que no se divide, en cambio, la mayor parte del ADN es eucromático y solo existen algunas regiones bien definidas de heterocromatina constitutiva. La heterocromatina facultativa es aquella que se encuentra en los loci que son regulados durante las distintas etapas del desarrollo; por lo que representa, en realidad, a las regiones “transitoriamente condensadas” que pueden cambiar de acuerdo con las señales celulares y la actividad genética.
Funciones de la heterocromatina
- Mantener la estabilidad del genoma. La heterocromatina ayuda a proteger el ADN de mutaciones y reorganizaciones, ya que su estructura compacta reduce la posibilidad de daños o recombinaciones indebidas. Es fundamental para mantener la integridad genética a largo plazo.
- Regular la expresión génica. La heterocromatina actúa como un mecanismo de silenciamiento genético. Los genes ubicados en regiones heterocromáticas no se expresan o se expresan muy poco, lo que contribuye a controlar qué genes se activan o inactivan, y a diferenciar los tipos de células (cada una expresa solo los genes que necesita).
- Participar en la organización nuclear. Ayuda a mantener la estructura interna del núcleo, ubicándose normalmente cerca de la envoltura nuclear. Esto contribuye a organizar el material genético de manera eficiente y estable dentro de la célula.
- Protección de los extremos cromosómicos (telómeros). La heterocromatina forma parte de los telómeros y centrómeros, regiones esenciales para evitar la degradación del ADN en los extremos, y asegurar una correcta segregación de los cromosomas durante la división celular (mitosis y meiosis).
- Contribuir al control epigenético. Contiene modificaciones químicas (como metilación de histonas o del ADN) que influyen en la actividad de los genes cercanos. Así, la heterocromatina participa en los mecanismos epigenéticos, que permiten heredar patrones de expresión sin alterar la secuencia del ADN.
- Evitar la expresión de secuencias repetitivas. Gran parte de la heterocromatina está formada por ADN repetitivo (como transposones). Su compactación impide que estas secuencias se activen, evitando posibles inestabilidades o mutaciones en el genoma.
Referencias
- Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., Miller, J.H. An introduction to genetic analysis. Macmillan.
- Brown, S.W. Heterochromatin. Science.
- Elgin, S.C., Grewal, S.I. Heterochromatin: silence is golden. Current Biology.
- Grewal, S.I., Jia, S. Heterochromatin revisited. Nature Reviews Genetics.
- Hennig, W. Heterochromatin. Chromosoma.