Enrollamiento del ADN: Una vuelta mas, una vuelta menos

En cada una de nuestras células existe alrededor de dos metros de ADN confinada al núcleo de la célula que tiene un diametro de 6 micrometros. En una manera mas sencilla: Si el nucleo celular fuese una esfera de 6 centímetros de diámetro, el ADN sería una cuerda de 20.000 kilómetros. ¿Cómo hacemos espacio para una cuerda tan larga en un espacio tan reducido? Enrollando la cuerda.

En la imagen superior se ve el enrollamiento desde ADN hasta el cromosoma. El orden de las estructuras de izquierda a derecha corresponde al ADN, el nucleosoma (que es ADN enrollado sobre proteínas), la fibra de 30 nanómetros (30nm), y finalmente más enrollamientos de ésta fibra hasta llegar al cromosoma.

Ésta información genética del cromosoma se encuentra tan enrollada que no permite la expresión de los genes que hacen una célula funcionar. El estado de plegamiento que permite la expresión de genes corresponde al nucleosoma (En la imagen: Los circulos amarillos con lineas rojas enrolladas) cuyo plegamiento en forma de hélice forma la fibra de 30 nanometros, también conocida por algunas personas como solenoide. Ésta estructura surgió como un posible modelo para explicar la expresión de genes mediado por la estructura de la cromatina.  De esta manera, las dos formas de la cromatina pueden explicarse por la prevalencia de nucleosomas (Eucromatina, permite expresión génica) o de fibras de 30nm (Heterocromatina, inhibe expresión génica)... o no?


A pesar de que la existencia de la fibras de 30nm se han observado tanto en estrellas de mar como en ranas, un estudio del 2008 el cual utilizó criomicroscopía electrónica para verificar la existencia de las fibras de 30nm no fue capaz de observar esta conformación en cromosomas completamente formados. De hecho, se ha visto en embriones de ratón que aunque un 10% del ADN se encuentra como Eucromatina, en las regiones que son consideradas como Heterocromatina no se ha observado una gran presencia de las fibras de 30nm. Entonces la pregunta que se genera es ¿Son las fibras de 30nm una estructura necesaria para generar la estructura final de los cromosomas?

Otros estudios utilizando una técnica llamada Captura de Conformación Cromosómica (3C) o bien utilizando sus variaciones, han sugerido que la cromatina se condensa en glóbulos, los cuales se agrupan con otros glóbulos hasta llegar al estado de agrupamiento globular final que sería el cromosoma.

Frente a ésto, es posible que el campo de regulación génica se encuentre a nivel de los nucleosomas y no de las fibras de 30nm u estructuras de enrollamientos superiores. Ésto surge si se considera que el ADN simple ocupa un 6% del volumen nuclear en una célula, el nucleosoma un 18% y la fibra de 30nm un 25% del volumen nuclear. Si consideramos éstos volumenes, ¿Por qué el ADN no permanece desnudo en vez de estar asociado a proteínas y sobreenrollado? Porque las proteinas del nucleosomas neutralizan la carga negativa innata del ADN y porque esa asociación permite que éste se enrolle sobre si mismo y que regiones de ADN puedan doblarse y tocerse adoptando diversas conformaciones que permitirían o reprimirían la expresión de genes. Es previsible además la existencia de proteínas o ARN que ayude en ésta tarea.

De esta manera, es posible que no se requiera de estructuras tan enrolladas y compactas para dirigir la expresión de genes, sino que esté relacionada con zonas de alta densidad de cromatina o regiones de baja densidad de cromatina junto a diversas asociaciones entre ellas lo que finalmente permita que ciertos genes puedan expresarse en el organismo.

Fussner, E., Ching, R., & Bazett-Jones, D. (2011). Living without 30nm chromatin fibers Trends in Biochemical Sciences, 36 (1), 1-6 DOI: 10.1016/j.tibs.2010.09.002