Posicionamiento y Dinámica de los Nucleosomas

Los nucleosomas no se distribuyen al azar a lo largo del genoma: sus posiciones precisas, y las regiones libres de ellos, determinan qué secuencias reguladoras son accesibles. El posicionamiento de los nucleosomas y sus cambios dinámicos son un determinante principal de la regulación génica, y los mapas a escala genómica de la ubicación de los nucleosomas se han convertido en una forma estándar de interpretar la accesibilidad de la cromatina.

Definition

El posicionamiento de los nucleosomas se refiere a la ubicación de los nucleosomas en relación con la secuencia de ADN y entre sí; junto con su ensamblaje dinámico, reposicionamiento y desestabilización, rige la accesibilidad local del ADN regulador.

Scope

Este tema abarca qué determina la ubicación de los nucleosomas a lo largo del ADN, las características regiones desprovistas de nucleosomas en promotores activos, la dinámica mediante la cual los nucleosomas se ensamblan, mueven y desestabilizan, y los métodos genómicos utilizados para mapear el posicionamiento y la accesibilidad. Es una entrada de referencia sobre la organización de la cromatina y no constituye una guía clínica.

Core questions

• ¿Qué determina dónde se posicionan los nucleosomas a lo largo del genoma?
• ¿Por qué los promotores activos suelen estar flanqueados por nucleosomas ordenados y una región desprovista de nucleosomas?
• ¿Cómo se mide el posicionamiento de los nucleosomas a escala genómica y qué revela sobre la accesibilidad?

Key concepts

• Región desprovista de nucleosomas (NDR)
• Organización de nucleosomas en el promotor (nucleosoma +1)
• Posicionamiento estadístico vs. dirigido por secuencia
• Fasado y matrices de nucleosomas
• Recambio y desestabilización de nucleosomas
• Mapeo con MNase-seq y ATAC-seq

Key theories

Posicionamiento estadístico alrededor de barreras fijas

En lugar de que cada nucleosoma esté codificado de forma independiente por la secuencia, las matrices ordenadas a menudo surgen estadísticamente: una barrera fija, como un factor unido o una región promotora desprovista de nucleosomas, fasea los nucleosomas vecinos en posiciones regulares, un modelo respaldado por el mapeo a escala genómica de las posiciones de los nucleosomas.

Mechanisms

El posicionamiento de los nucleosomas está determinado por varios factores superpuestos: la flexibilidad intrínseca de la secuencia de ADN, la unión de factores de transcripción y la maquinaria de transcripción general, la acción de remodeladores dependientes de ATP que deslizan y espacian los nucleosomas, y los límites establecidos por dichos elementos fijos. Los promotores activos suelen mostrar una región desprovista de nucleosomas (NDR) corriente arriba del sitio de inicio de la transcripción, flanqueada por nucleosomas bien posicionados, con el llamado nucleosoma +1 marcando el inicio de una matriz ordenada corriente abajo. Estas posiciones son dinámicas: los nucleosomas se ensamblan continuamente durante la replicación, se desestabilizan o desalojan durante la transcripción, y son reposicionados por remodeladores, y el recambio rápido en las regiones reguladoras los mantiene accesibles. Los mapas a escala genómica generados mediante la digestión de la cromatina con nucleasa microcócica, o mediante la caracterización de la cromatina abierta con ATAC-seq basado en transposasa, revelan estas posiciones y el panorama de accesibilidad.

Clinical relevance

El posicionamiento de los nucleosomas y la caracterización de la accesibilidad sustentan los mapas de elementos reguladores en diversos tipos de células humanas y se utilizan ampliamente para estudiar cómo la regulación génica difiere entre tejidos sanos y enfermos. Esta entrada describe la organización y la medición de los nucleosomas con fines de referencia y no constituye una base para el diagnóstico o el tratamiento.

History

Aunque los nucleosomas individuales bien posicionados eran conocidos con anterioridad, el mapeo a escala genómica transformó el campo a mediados de la década de 2000, cuando estudios de alta resolución en levaduras localizaron nucleosomas a lo largo de todo un genoma y revelaron la organización ordenada alrededor de los promotores. Las revisiones integraron estos hallazgos en modelos de posicionamiento estadístico y dirigido por factores, y el desarrollo posterior de ATAC-seq basado en transposasa hizo que la caracterización de la cromatina abierta y las posiciones de los nucleosomas fuera rápida y ampliamente aplicable.

Key figures

• B. Franklin Pugh
• Oliver Rando
• Steven Henikoff
• Jason Buenrostro

Seminal works

• yuan-2005
• jiang-2009

Frequently asked questions

¿Qué es una región desprovista de nucleosomas?

Es un segmento de ADN, típicamente justo corriente arriba del sitio de inicio de un gen activo, que está en gran parte libre de nucleosomas y por lo tanto es accesible a los factores de transcripción y a la maquinaria de transcripción.

¿Cómo se mide el posicionamiento de los nucleosomas a lo largo del genoma?

Los enfoques comunes digieren la cromatina con nucleasa microcócica para mapear el ADN nucleosomal protegido, o utilizan ATAC-seq basado en transposasa para caracterizar regiones accesibles y libres de nucleosomas, ambos analizados mediante secuenciación de alto rendimiento.