Phys.org, 13 de marzo de 2014
Los científicos han descubierto un nuevo mecanismo que evita el silenciamiento de los genes activos durante la división celular. Encontraron que dos variantes de una misma proteína pueden distinguir las zonas activas e inactivas del genoma. Los investigadores lograron discernir la estructura atómica de los variantes de la proteína, usando un tipo de fotografía molecular, como se muestra en la imagen. Descubrieron que el cambio de un sólo aminoácido es reconocido por una encima (que aparece en rojo y azul), añadiendo una marca de silenciamiento a una de las variantes ( que se indica con una flecha), indicando a la célula que mantenga inactivas esas áreas del genoma. Crédito de la imagen: Dr. Robert Martienssen, Laboratorio Cold Spring Harbor
Cada célula de nuestro cuerpo tiene exactamente el mismo ADN, sin embargo, cada célula es diferente: se caracteriza por el subconjunto de genes que tiene activados. Pero, ¿cómo una célula sabe qué genes tiene que silenciar y cuáles debe expresar? Mientras que el código genético que se encuentra en nuestra ADN da las instrucciones para que las células fabriquen proteínas específicas, un segundo código determina qué genes deben activarse en cada célula.
Este segundo código se encuentra en las proteínas que están ligadas al ADN. Estas proteínas que llevan este código se llaman histonas. Los investigadores de Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) y sus colegas han publicado una investigación que revela un nuevo nivel de complejidad en el código de histonas. Han encontrado que la menor variación de una sola proteína en las histonas tiene un enorme efecto sobre cómo se utilizan los genes codificados en nuestro ADN.
Las histonas son de vital importancia porque nuestro material genético es enorme: cada célula de nuestro cuerpo tiene más de 1,83 m de ADN agrupado en el diminuto núcleo, un espacio mucho más pequeño de lo que se pude ver a simple vista. Para que tan gran cantidad de ADN esté compactado en un espacio tan reducido, se enrolla alrededor de unas proteínas específicas, las histonas, formando los nucleosomas (ocho proteínas histónicas + una fibra de ADN de 200 pares de bases). Se necesitan millones de estos enrollamientos para empaquetar el genoma completo.
Las proteínas histónicas están marcadas con etiquetas químicas, tales como grupos metilo. El código de histonas se compone de los patrones formados por dichas marcas, a lo largo de todo el genoma. Estas marcas se denominan a veces marcas epigenéticas, donde epi, literalmente, significa “por encima” del genoma. Este segundo código de marcas proporciona las instrucciones para que las células expresen o silencien genes específicos.
Existen numerosos tipos de histonas, y pequeñas variaciones en su estructura les permite realizar distintas funciones específicas. Los científicos han encontrado que una de estas histonas, conocida como H3, se presenta en dos subtipos, llamados H3.1 y H3.3. Estas variantes se encuentran en lugares muy distintos del genoma: la versión H3.1 se encuentra solamente en las partes del genoma donde no se activan los genes; la versión H3.3 se encuentra solamente en los lugares donde los genes están activos. Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo del por qué de estas dos variantes que se asocian con diferentes genes: H3.1 con los genes inactivos y H3.3 con los que están activos.
En el artículo publicado hoy en la revista Science, un equipo dirigido por el profesor del CSHL e investigador del HHMI, Robert Martienssen y el profesor de la Universidad de Ottawa, Jean-François Couture, anuncian que han resuelto el misterio, desvelando aspectos únicos de los genomas de las plantas. Han descubierto que una diferencia en un sólo aminoácido en la estructura de la histona H3.3 es suficiente para que actúe como un dispositivo de recuerdo para la célula, marcando los genes que tienen que permanecer activos.
Martienssen, Couture, y Yannick Jacob, Ph.D., un becario que realiza el postdoctorado en el CHSL, y autor principal del artículo, encontraron que la clave era una sola modificación epigenética. El equipo, en colaboración con el profesor Danny Reinberg de la Universidad de Nueva York, encontró que la histona H3.1 se puede modificar con una marca de metilación de una manera que no puede hacerse en la histona H3.3. Esta modificación química actúa como una bandera, una señalización en la célula que indica a los genes cercanos que deben estar inactivos, es decir, silenciados. “Nuestros resultados destacan el notable impacto que una diferencia estructural mínima entre las variantes de la histona H3 tiene en el panorama de la epigenética”, dijo Couture.
Esta distinción es especialmente importante cuando una célula copia su material genético, cosa que ocurre justo antes de la división celular. A medida que la célula hace una copia de su ADN, también debe preservar las marcas epigenéticas, que establecen las áreas activas e inactivas del genoma. De hecho, los mecanismos de silenciamiento, que sitúan marcas de metilación en H3.1, trabajan en conjunto con la maquinaria de replicación. “Debido a que la histona H3.3 no puede llevar esta modificación, su presencia en los genes activos permite que no queden silenciados. En nuestra investigación hemos descubierto una manera por la cual las células protegen a los genes activos del silenciamiento y preservan esa memoria a través de la sucesivas generaciones celulares”, dice Jacob.
Este estudio también tiene implicaciones en cómo se copia el material genético. “Hemos encontrado que la replicación (la copia que hace de sí mismo el ADN) y la transcripción (cómo se copia el ADN en ARN) son controlados por las histonas altamente conservadas. Estas propiedades fundamentales del material genético están regidas por nuestros cromosomas”, dice Martienssen .
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Más información: «Selective Methylation of Histone H3 Variant H3.1 Regulates Heterochromatin Replication» appears in Science on March 14, 2014.
Revista de referencia: Science
Proporcionado por Cold Spring Harbor Laboratory
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Procedencia: http://phys.org/news/2014-03-unraveling-mystery-histone-code-gene.html