Nucleosoma y Octámero de Histonas

El nucleosoma es la unidad fundamental repetitiva de la cromatina: un segmento corto de ADN enrollado casi dos veces alrededor de un núcleo de ocho proteínas histonas, el octámero de histonas. Esta partícula tanto compacta el genoma como crea la primera capa de regulación sobre la accesibilidad de las secuencias de ADN. Es el punto de partida estructural para comprender toda la biología de la cromatina.

Definition

Un nucleosoma es la unidad básica de la cromatina, que consiste en aproximadamente 147 pares de bases de ADN enrollados alrededor de un octámero de histonas compuesto por dos copias de cada una de las histonas centrales H2A, H2B, H3 y H4.

Scope

Este tema abarca la composición y arquitectura de la partícula central del nucleosoma y el octámero de histonas que se encuentra en su centro. Aborda las histonas centrales, la trayectoria del ADN alrededor del octámero, el papel de las colas de histonas y cómo esta unidad básica se relaciona con la accesibilidad y el empaquetamiento de orden superior del genoma. Es una entrada de referencia sobre estructura molecular y no constituye una guía clínica.

Core questions

• ¿Qué proteínas componen el octámero de histonas y cómo se organiza el ADN a su alrededor?
• ¿Cómo el enrollamiento del ADN en nucleosomas compacta el genoma y restringe el acceso a él?
• ¿Cómo las colas de histonas que se extienden desde el octámero conectan la estructura con la regulación?

Key concepts

• Histonas centrales (H2A, H2B, H3, H4)
• Octámero de histonas
• Partícula central del nucleosoma (~147 pb)
• Colas de histonas
• ADN espaciador (linker DNA) e histona espaciadora H1 (linker histone H1)
• Enrollamiento del ADN y vueltas superhelicoidales

Key theories

Unidad nucleosomal repetitiva de la cromatina

Kornberg propuso que la cromatina se construye a partir de una unidad repetitiva regular de histonas y ADN; esta idea identificó al nucleosoma como la partícula elemental del empaquetamiento del genoma y fue confirmada posteriormente a resolución atómica.

Mechanisms

Un octámero se ensambla a partir de un tetrámero H3-H4 flanqueado por dos dímeros H2A-H2B. Aproximadamente 147 pares de bases de ADN se enrollan alrededor de 1.65 vueltas superhelicoidales levógiras alrededor de este núcleo proteico, con contactos a intervalos regulares a lo largo del surco menor del ADN. La estructura cristalina resuelta por Luger y sus colegas mostró las posiciones precisas de estos contactos y la trayectoria de las colas de histonas N-terminales flexibles, que sobresalen de la partícula y sirven como sitios para la modificación química. El ADN espaciador (linker DNA) conecta nucleosomas adyacentes, y la histona espaciadora H1 (linker histone H1) se une en los puntos de entrada y salida para estabilizar el plegamiento de orden superior. Dado que el ADN unido a la superficie del octámero está parcialmente ocluido, la formación de nucleosomas limita inherentemente el acceso a las secuencias reguladoras, y la desestabilización o el reposicionamiento de los nucleosomas es una vía principal para cambiar la actividad génica.

Clinical relevance

El nucleosoma es el sustrato sobre el cual actúan las modificaciones y el remodelado de la cromatina, por lo que su composición y estabilidad son fundamentales para comprender la regulación epigenética estudiada en el desarrollo y la enfermedad. Variaciones como las variantes de histonas y la estabilidad alterada de los nucleosomas son áreas de investigación activa. Esta entrada describe la estructura molecular y no es una base para el diagnóstico o el tratamiento.

History

Antes de mediados de la década de 1970, la organización del ADN con las histonas no estaba clara. La propuesta de Kornberg de 1974 de una unidad repetitiva de histona-ADN estableció el modelo del nucleosoma. Durante las dos décadas siguientes, estudios bioquímicos y estructurales refinaron la imagen, culminando en la estructura cristalina de alta resolución de la partícula central del nucleosoma de 1997, que proporcionó una visión atómica de cómo interactúan el ADN y el octámero de histonas.

Key figures

• Roger Kornberg
• Karolin Luger
• Timothy Richmond
• Steven Henikoff

Seminal works

• kornberg-1974
• luger-1997

Frequently asked questions

¿Cuántas histonas hay en el núcleo de un nucleosoma?

Ocho: dos copias de cada una de las cuatro histonas centrales H2A, H2B, H3 y H4, formando juntas el octámero de histonas alrededor del cual se enrolla el ADN.

¿Cuánto ADN se enrolla alrededor de un nucleosoma?

Aproximadamente 147 pares de bases de ADN se enrollan alrededor de 1.65 vueltas alrededor del octámero de histonas en la partícula central del nucleosoma, con ADN espaciador (linker DNA) adicional que une un nucleosoma con el siguiente.