Abrir o menú principal
Núcleo dunha célula humana no que se ve a localización da heterocromatina.

A heterocromatina é unha forma moi empaquetada da cromatina. Cando a cromatina está pouco empaquetada recibe o nome de eucromatina. Hai dúas variedades de heterocromatina chamadas constitutiva e facultativa, cunha gradación intermedia entre elas. A heterocromatina xoga un importante papel na expresión xénica, xa que a heterocromatina constitutiva pode afectar aos xenes que están preto dela (variegación por efecto de posición) e a heterocromatina facultativa comprende xenes que son silenciados por medio dun mecanismo como a desacetilación de histonas ou por ARN que interacciona con piwi por medio de interferencia de ARN. A heterocromatina constitutiva é xeralmente repetitiva e desempeña funcións estruturais como formar parte de centrómeros ou telómeros, ademais de actuar como un atractor para outros sinais de represión ou de expresión xénica, pero non se transcribe. A heterocromatina facultativa non é repetitiva e, aínda que tamén ten unha estrutura compacta, pode perder a súa compactación cando recibe sinais específicos do seu ambiente ou de desenvolvemento, e facerse transcricionalmente activa.[1] A heterocromatina foi asociada coa di- e trimetilación da H3K9 en certas porcións do xenoma.[2]

Índice

EstruturaEditar

A cromatina encóntrase en dúas variedades: eucromatina e heterocromatina.[3] Orixinariamente, as dúas formas distinguíanse citoloxicamente segundo a intensidade coa que se tinguían, xa que a eucromatina tinguíase pouco e a heterocromatina moi intensamente, o que indicaba o seu maior empaquetamento. A heterocromatina está localizada xeralmente na periferia do núcleo. A pesar de esta dicotomía inicial que se utilizou para diferencialas, hai probas recentes tanto en animais [4] coma en plantas [5] que suxiren que hai máis de dous estados en que pode encontrarse a cromatina, que poden ser catro ou cinco, cada un marcado por diferentes marcas epixenéticas.

A heterocromatina consta principalmente de ADN satélite xeneticamente inactivo,[6] e de moitos xenes que están reprimidos en diverso grao, e algúns deles non poden expresarse nunca en forma de eucromatina.[7] Tanto os centrómeros coma os telómeros son heterocromáticos, como tamén o corpo de Barr dun dos cromosomas X das femias.

FunciónEditar

A heterocromatina foi asociada con varias funcións, desde a regulación xénica á protección da integridade dos cromosomas;[8] algúns destes papeis poden ser atribuídos ao denso empaquetamento do ADN na heterocromatina, que o fai menos accesible aos factores proteicos que xeralmente se unen ao ADN ou aos seus factores asociados. Por exemplo, os extremos de ADN bicatenario espidos serían xeralmente interpretados pola célula como un ADN danado ou un ADN viral, o que desencadearía a detención do ciclo celular, a reparación do ADN, ou a destrución de fragmentos de ADN como o que fan as endonucleases nas bacterias.

Algunhas rexións da cromatina están moi densamente empaquetadas e as súas fibras están nunha condición case comparable á dos cromosomas na mitose. A heterocromatina é xeralmente herdada clonalmente; cando cada célula se divide as dúas células fillas conterán normalmente heterocromatina nas mesmas rexións do ADN, o que se considera unha herdanza epixenética. As variacións causan que a heterocromatina invada os xenes adxacentes ou retroceda de xenes situados nos extremos de dominios. O material transcribible pode ser reprimido ao ser posicionado (en cis) nestes dominios limítrofes. Isto dá lugar a diferentes niveis de expresión dunha célula a outra,[9] o cal pode ser demostrado pola variegación por efecto de posición.[10] As secuencias illadoras poden actuar como unha barreira en raros casos nos que a heterocromatina constitutiva está xustaposta con xenes moi activos (por exemplo, o illador 5'HS4 augas arriba do locus da β-globina de polo,[11] e loci de dúas especies de Saccharomyces.[12][13]).

Heterocromatina constitutivaEditar

Todas as células dunha especie empaquetan as mesmas rexións do ADN en forma de heterocromatina constitutiva, e así en todas as células os xenes contidos na heterocromatina constitutiva vanse expresar moi escasamente. Por exemplo, todos os cromosomas humanos 1, 9, 16, e o Y conteñen grandes rexións de heterocromatina constitutiva. Na maioría dos organismos, a heterocromatina constitutiva aparece arredor do centrómero dos cromosomas e preto dos telómeros.

Heterocromatina facultativaEditar

As rexións do ADN empaquetadas en forma de heterocromatina facultativa non coinciden entre distintos tipos celulares dunha mesma especie, e así unha secuencia que nunha célula está empaquetada como heterocromatina facultativa (con xenes que apenas se expresan) pode estar empaquetada como eucromatina noutro tipo celular (e os seus xenes alí poden expresarse). Porén, a formación de heterocromatina facultativa está regulada, e está a miúdo asociada coa morfoxénese ou a diferenciación celular. Un exemplo de heterocromatina facultativa é a inactivación do cromosoma X nas femias de mamíferos, nas cales un dos cromosomas X está empaquetado en forma de heterocromatina facultativa e silenciado, mentres que o outro cromosoma X está empaquetado como eucromatina e é expresado.

Entre os compoñentes moleculares que aparecen para regular a extensión da heterocromatina están as proteínas do grupo Polycomb e xenes non codificantes como Xist. O mecanismo polo cal se produce esta extensión das rexións con heterocromatina aínda é discutido.[14]

Heterocromatina de lévedosEditar

O lévedo de xemación Saccharomyces cerevisiae, é un organismo modelo, e a súa cromatina foi amplamente estudada. Aínda que a maioría do seu xenoma pode considerarse eucromatina, S. cerevisiae ten rexións do ADN que se transcriben moi pouco. Estes loci son os denominados loci de tipo de apareamento silenciosos (HML e HMR), o ADNr (ARN que codifica ARNr), e as rexións subteloméricas. O lévedo de fisión Schizosaccharomyces pombe usa outro mecanismo para a formación de heterocromatina nos seus centrómeros. O silenciamento de xenes nesta localización depende dos compoñentes da vía de interferencia de ARN. Crese que o ARN de dobre cadea orixina o silenciamento desta rexión nunha serie de etapas.

En Schizosaccharomyces pombe dos complexos de interferencia de ARN, o complexo de silenciamento de xenes transcricional inducido por interferencia de ARN (RITS, do inglés RNAi-induced transcriptional gene silencing) e o complexo da ARN polimerase ARN dirixida (RDRC), forman parte dunha maquinaria de interferencia de ARN implicada na iniciación, propagación e mantemento da ensamblaxe heterocromatínica. Estes dous complexos localízanse de maneira dependente do ARN interferente pequeno nos cromosomas, no sitio da ensamblaxe da heterocromatina. A ARN polimerase II sintetiza un transcrito que serve como plataforma para recrutar RITS, RDRC e posiblemente outros complexos requiridos para a ensamblaxe da heterocromatina.[15][16] Ao silenciamento da heterocromatina contribúen tanto a interferencia do ARN coma o proceso de degradación do ARN dependente do exosoma. Estes mecanismos presentes en Schizosaccharomyces pombe poden ocorrer tamén noutros eucariotas.[17] Nalgúns lévedos de fisión unha gran estrutura de ARN denominada RevCen foi tamén implicada na produción de ARNs interferentes pequenos para mediar a formación de heterocromatina.[18]

NotasEditar

  1. Oberdoerffer, P; Sinclair, D (2007). "The role of nuclear architecture in genomic instability and ageing". Nature Reviews Molecular Cell Biology 8: 692–702. doi:10.1038/nrm2238. 
  2. Rosenfeld, Jeffrey A; Wang, Zhibin; Schones, Dustin; Zhao, Keji; Desalle, Rob; Zhang, Michael Q (31 March 2009). "Determination of enriched histone modifications in non-genic portions of the human genome". BMC Genomics 10 (1): 143. PMC 2667539. PMID 19335899. doi:10.1186/1471-2164-10-143. 
  3. Elgin, S.C. (1996). "Heterochromatin and gene regulation in Drosophila". Current Opinion in Genetics & Development 6 (2): 193–202. ISSN 0959-437X. doi:10.1016/S0959-437X(96)80050-5. 
  4. van Steensel, B. (2011). "Chromatin: constructing the big picture". The EMBO Journal 30 (10): 1885–95. PMC 3098493. PMID 21527910. doi:10.1038/emboj.2011.135. 
  5. Roudier, François; et al. (2011). "Integrative epigenomic mapping defines four main chromatin states in Arabidopsis". The EMBO Journal 30 (10): 1928–1938. PMC 3098477. PMID 21487388. doi:10.1038/emboj.2011.103. 
  6. Lohe, A.R.; et al. (August 1, 1993). "Mapping Simple Repeated DNA Sequences in Heterochromatin of Drosophila Melanogaster". Genetics 134 (4): 1149–74. ISSN 0016-6731. PMC 1205583. PMID 8375654. 
  7. Lu, B.Y.; et al. (June 1, 2000). "Heterochromatin protein 1 is required for the normal expression of two heterochromatin genes in Drosophila". Genetics 155 (2): 699–708. ISSN 0016-6731. PMC 1461102. PMID 10835392. 
  8. Grewal SIS & Jia S (January 2007). "Heterochromatin revisited". Nature Reviews Genetics 8 (1): 35–. PMID 17173056. doi:10.1038/nrg2008. Consultado o 18 September 2013. Un informe actualizado do coñecemento actual sobre o ADN repetitivo, que xeralmente non contén información xenética. Se a evolución ten sentido só no contexto do control regulatorio dos xenes, propoñemos que a heterocromatina, que é a prinbcipal forma de cromatina nos eucariotas superiores, está situada para ser unha diana profundamente efectiva para o cambio evolutivo. Futuras investigacións na ensamblaxe, mantemento e moitas outras funcións da heterocromatina botarán luz sobre os procesos de regulación cromosómica e xénica. 
  9. Fisher, Amanda G.; Matthias Merkenschlager (April 2002). "Gene silencing, cell fate and nuclear organisation". Current Opinion in Genetics & Development 12 (2): 193–7. ISSN 0959-437X. PMID 11893493. doi:10.1016/S0959-437X(02)00286-1. 
  10. Zhimulev, I.F.; et al. (December 1986). "Cytogenetic and molecular aspects of position effect variegation in Drosophila melanogaster". Chromosoma 94 (6): 492–504. ISSN 1432-0886. doi:10.1007/BF00292759. 
  11. Burgess-Beusse, B; et al. (December 2002). "The insulation of genes from external enhancers and silencing chromatin". Proc. Natl Acad. Sci. USA 9 (Suppl 4): 16433–7. PMC 139905. PMID 12154228. doi:10.1073/pnas.162342499. 
  12. Noma, K.; et al. (August 2001). "transitions in distinct histone H3 methylation patterns at the heterochromatin domain boundaries". Science 293 (5532): 1150–5. PMID 11498594. doi:10.1126/science.1064150. 
  13. Donze, D. & R.T. Kamakaka (2000). "RNA polymerase III and RNA polymerase II promoter complexes are heterochromatin barriers in Saccharomyces cerevisiae". The EMBO Journal 20 (3): 520–31. PMC 133458. PMID 11157758. doi:10.1093/emboj/20.3.520. 
  14. Talbert PB, Henikoff S (October 2006). "Spreading of silent chromatin: inaction at a distance". Nature Reviews Genetics 7 (10): 793–803. PMID 16983375. doi:10.1038/nrg1920. 
  15. Kato, H.; et al. (2005). "RNA Polymerase II Is Required for RNAi-Dependent Heterochromatin Assembly" 309: 467–469. doi:10.1126/science.1114955. 
  16. Djupedal, I.; et al. (2005). "RNA Pol II subunit Rpb7 promotes centromeric transcription and RNAi-directed chromatin silencing". Genes & Development 19: 2301–2306. doi:10.1101/gad.344205. 
  17. Vavasseur; et al. (2008). "Heterochromatin Assembly and Transcriptional Gene Silencing under the Control of Nuclear RNAi: Lessons from Fission Yeast". RNA and the Regulation of Gene Expression: A Hidden Layer of Complexity. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-25-7. 
  18. Djupedal I, Kos-Braun IC, Mosher RA; et al. (December 2009). "Analysis of small RNA in fission yeast; centromeric siRNAs are potentially generated through a structured RNA". EMBO J. 28 (24): 3832–44. PMC 2797062. PMID 19942857. doi:10.1038/emboj.2009.351. 

Véxase taménEditar

BibliografíaEditar