Heterocromatina: estructura y funciones
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 que son transcripcionalmente inactivas.
Heitz, en 1928, fue el primero en distinguir dos tipos diferentes de cromatina en los cromosomas eucariotas durante la interfase, describiendo a la eucromatina y a la heterocromatina en base a 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 hetrocromatina.
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, entretanto 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” a los grandes genomas que los caracterizan, especialmente aquellas regiones que consisten en secuencias repetitivas, fracciones remanentes de retro transposones invasores, elementos transponibles, entre otras.
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La heterocromatina no tiene una estructura muy diferente a la de la cromatina que está menos densamente empaquetada, la eucromatina.
Entendiendo esto, es importante recordar que los cromosomas eucariotas están compuestos por una molécula de ADN que está 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 proteínas 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.
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 con 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 proteína 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 las histonas deacetilasas y las 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.
La heterocromatina, como se comentó al comienzo, puede ser constitutiva o facultativa.
La heterocromatina 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.
Puesto que la heterocromatina forma parte importante de las regiones teloméricas y centroméricas, esta ejerce funciones trascendentales desde el punto de vista de la división celular y de la protección de los extremos cromosómicos.
Los centrómeros funcionan activamente durante la división celular, permitiendo el desplazamiento de los cromosomas duplicados hacia ambos polos de la célula que se divide, mientras que el resto de los genes permanece inactivo y compacto.
La compactación de regiones específicas de los cromosomas eucariotas es sinónimo de silenciamiento genético, pues el hecho de que la heterocromatina esté densamente empaquetada implica la inaccesibilidad de la maquinaria transcripcional a las secuencias génicas subyacentes.
En lo que a recombinación se refiere, la heterocromatina reprime este proceso, protegiendo la integridad del genoma al prohibir la recombinación “ilegítima” entre secuencias de ADN repetitivas dispersas en el genoma. Esto es especialmente importante para el control de los elementos transponibles “parasíticos”, que son silenciados por heterocromatinización.
Hasta hace pocos años se pensaba que el ADN heterocromático era una suerte de “ADN basura”, pues los científicos no encontraban una función específica para las secuencias incluidas en estas regiones; recordemos que más del 80% del ADN genómico de un ser humano, por ejemplo, no codifica ni para proteínas celulares ni para moléculas de ARN con funciones reguladoras.
No obstante, en la actualidad se sabe que la formación del ADN heterocromático facultativo es de suma importancia para la regulación de muchos procesos durante el desarrollo y el crecimiento de los seres vivos, y que las regiones de heterocromatina constitutiva tienen un papel fundamental desde el punto de vista estructural.
Ha sido sugerido por muchos autores que la heterocromatina puede tener funciones estructurales en los cromosomas eucariotas. Esta afirmación se basa en el hecho de que las regiones heterocromáticas de un cromosoma dado separan porciones del mismo que tienen diferentes patrones de “actividad” genética.
En otras palabras, las regiones heterocromáticas sirven como “espaciadoras” entre distintas regiones transcripcionalmente activas, lo que puede tener una gran importancia desde el punto de vista de la transcripción de los genes allí ubicados.
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