Hacia una mejor comprensión de la expresión génica
«Ya sabemos que las distintas células del organismo comparten una secuencia común de ADN y que los tejidos pueden distinguirse entre sí por el subconjunto de genes que se activan y desactivan», explicó Daphne Cabianca, investigadora participante en CHROMO-ANCHORING. «Aunque esto tiene lugar principalmente por la acción de factores de transcripción, todavía no se sabe si esto lo afinan unas modificaciones epigenéticas que alteran el acceso de esos factores a la secuencia de ADN». La cuestión que Cabianca y su equipo aspiran a desentrañar es si el posicionamiento espacial del ADN dentro del núcleo influye también en la correcta programación de la expresión génica. «Me propuse determinar los factores que median en la retención de la cromatina en un estado silencioso e inaccesible en la periferia nuclear de las células diferenciadas —explicó Cabianca—. A largo plazo, deseo averiguar si la organización espacial es importante para mantener patrones diferenciados de expresión génica y examinar si esto cambia en respuesta al estrés». Determinar rutas alternativas Los componentes más abundantes de la cromatina son las histonas, que conforman una unidad muy repetitiva que compacta la fibra del ADN. Las propias histonas sufren una gama amplia de modificaciones químicas que tienen lugar antes y mientras están unidas al ADN. Una vez modificadas, las histonas pueden regular la flexibilidad de la cromatina y la expresión de genes. «Basándose principalmente en la distribución de esas modificaciones de las histonas, la cromatina puede dividirse en dos clases fundamentales: la eucromatina, que suele incluir genes activos, y la heterocromatina, que se corresponde con partes del genoma silenciadas de forma estable —señaló Cabianca—. En las distintas especies, estas dos clases de cromatina han conservado funciones diferenciadas y ocupan lugares distintos dentro del núcleo». En el nematodo C. elegans se observó que la deposición de una lisina 9 específica modificadora de la metilación de la histona H3 (H3K9me) constituye una señal esencial de la segregación espacial de la heterocromatina en la envoltura nuclear, la doble membrana que envuelve el núcleo. Esta modificación se reconoce también por proteínas que hacen que la cromatina quede silenciada en sentido transcripcional, es decir, heterocromática. Así, su retención en la periferia nuclear y la ausencia de actividad transcripcional eran coordinadas por la modificación de la histona H3K9 en etapas tempranas del desarrollo. Sin embargo, tras la diferenciación de las células embrionarias en tejidos diferentes, Cabianca observó que los gusanos que carecen de la señal H3K9me siguen presentando segregación de la heterocromatina en la envoltura nuclear, igual que los gusanos silvestres. Ello sugiere que estaba activa otra vía que no requiere de la señal de metilación de K9 y que permitió retener la heterocromatina en la periferia nuclear en los tejidos diferenciados. Es posible que la segunda vía interviniese de manera redundante, de forma que dos vías se reforzasen mutuamente, o bien que la vía alternativa sustituyera completamente a la vía de metilación de H3K9 para promover la segregación de eucromatina a partir de heterocromatina en las células diferenciadas. «Así, se convirtió en el objetivo de mi investigación descubrir las proteínas involucradas en ese mecanismo de segregación en los núcleos de las células intestinales», indicó Cabianca. El descubrimiento de la proteína MRG-1 Al realizar un cribado con proteínas que tenían probabilidades de reconocer las modificaciones de las histonas, los investigadores descubrieron una proteína llamada MRG-1, cuya pérdida eliminó la separación clara de heterocromatina a partir de eucromatina de las células intestinales. Esa proteína está conservada en las distintas especies, desde la levadura hasta el ser humano, y se ha demostrado que se une a histonas que portan la marca de metilación en otra lisina de la histona H3, H3K36. En su ausencia, la heterocromatina y la eucromatina se distribuyeron aleatoriamente; la cromatina activa ya no se encontraba exclusivamente en el interior del núcleo y la cromatina inactiva ya no se ubicaba en la periferia. «No obstante, ese efecto tan fuerte únicamente se produjo cuando también eliminamos la metilación de H3K9, lo que confirma que existen dos vías redundantes para la separación de la cromatina en las células diferenciadas y no una sola en los tejidos que sustituya el mecanismo que está activo en los embriones», afirmó Cabianca. A diferencia de la metilación de H3K9, los factores que se ha descubierto que entran en juego en la organización espacial de la cromatina no forman parte de la heterocromatina, sino que son factores eucromáticos. «Según nuestros resultados, los componentes de esta segunda vía actúan de manera indirecta como mecanismo antagonista de la unión de la heterocromatina en la periferia nuclear», añadió Cabianca. Una hipótesis nueva Los investigadores observaron que en este antagonismo de la separación espacial entra en juego un segundo factor eucromático altamente conservado, una histona acetiltransferasa (HAT). Esta HAT modifica los mismos residuos de lisina en histonas que se pueden metilar, pero la acetilación es característica de genes activos. «Nuestra hipótesis al respecto es que ahora la marca activa "invade" el dominio heterocromático, de manera antagonista a la compartimentación que suele mantener el orden dentro del núcleo», concluyó Cabianca. «Por tanto, existen dos clases de mecanismo que determinan la organización espacial de la cromatina en el núcleo: uno actúa mediante la retención positiva de cromatina represiva, y el otro mantiene factores antagónicos a la primera vía alejados de los dominios silenciosos».
Palabras clave
CHROMO-ANCHORING, expresión génica, ADN, cromatina, histonas
