Biologia celular. Las histonas

Las histonas son unas proteínas pequeñas que están en el núcleo. Son muy básicas lo que les facilita unirse al ADN para ejercer su función de empaquetarlo formando parte de la cromatina.

Las histonas son de dos tipos: H1 (ó H5) y las histonas nucleosómicas. Las histonas nucleosómicas son más pequeñas ( 102 a 135 aminoácidos) y forman los nucleosomas al enrollar ADN sobre un grupo de ellas. Las histonas nucleosómicas son la H2A, H2B, H3 y H4 y están muy conservadas a lo largo de las diferentes especies.eucariotas. En el núcleo de la célula hay un gran número de ellas (alrededor de 60 millones de cada tipo). Las histonas pueden ser modificadas tras la traducción lo que les cambia sus propiedades de unión al ADN y a proteínas nucleares. Las histonas H3 y H4 tienen largas colas N-terminales hacia el exterior del nucleosoma que son susceptibles de ser modificadas covalentemente. Las modificaciones que pueden sufrir las histonas son: acetilación, metilación, fosforilación y mono-ubicuitinación y sumoilación. Estas modificaciones pueden ser heredadas, influyen en la expresión génica, cambian la arquitectura local de la cromatina y podrían también reclutar otras proteínas que reconozcan modificaciones específicas de las histonas según la hipótesis llamada el `código de las histonas`. Existe una correlación entre la acetilación de histonas y aumento de transcripción que parece debido a que tras acetilarse la histona se une menos al ADN. Por otra parte parece haber activadores de la transcripción que se unen específicamente a acetil-lisina mediante un módulo llamado `Bromo`. La metilación de histonas puede tanto activar como reprimir la transcripción dependiendo de qué residuos de lisina en qué histonas son metilados. Estos residuos de metil-lisina parece que reclutan proteínas que contienen un dominio de unión a ellas llamado `Cromo`. La acetilación de las histonas regula la expresión de genes relacionados con la inflamación y también parece tener un papel en diversas funciones tales como reparación de ADN y proliferación celular, por lo que se plantea usar inhibidores de la histona deacetilasa como nuevos agentes antiinflamatorios. La deacetilasa de histonas actúa como represor de la transcripción a través de interacciones con otras proteínas lo que lleva a remodelación de la cromatina. Hoy día parece claro que determinados patrones de modificación de histones conducen a determinadas patologías entre las que podrían encontrarse, además de patologías tumorales, patologías inflamatorias de localización broncopulmonar como el asma. La huntingtina es una proteína mutada que contiene una zona de poliglutamina aumentada y es responsable de la enfermedad de Huntington. Esta proteína mutada altera la actividad de la acetiltransferasa de histona lo que podría ser el mecanismo por el que altera la transcripción génica, fenómeno clave en la patogenia de la enfermedad.

La acetilación de histonas

La acetilación de los residuos de lisina en el extremo N de las proteínas histonas elimina las cargas positivas, lo que reduce la afinidad entre las histonas y el ADN. Esto hace que la RNA polimerasa y los factores de transcripción más fácil acceder a la región del promotor. Por lo tanto, en la mayoría de los casos, aumenta la acetilación de las histonas, mientras que la transcripción desacetilación de histonas reprime la transcripción.

La metilación del ADN

Metilación del ADN es la adición de un grupo metilo (CH 3) a la base citosina el ADN. Puede afectar a la transcripción de genes a través de varios mecanismos diferentes. El patrón de metilación es heredable después de la división celular. Por lo tanto, la metilación del ADN juega un papel importante en la diferenciación celular durante el desarrollo.

Modificadores de histonas y su efecto en la transcripción

Los eventos epigenéticos son aquellas variaciones en la expresión de un gen que no se acompañan de cambios en la secuencia de DNA. En su regulación se ha involucrado procesos dinámicos de remodelación de la cromatina que por su empaquetamiento impide la ubicación de factores iniciadores de la transcripción. Las modificaciones de las histonas las realizan enzimas que ayudan en la expresión de un gen (acetil transferasas de histonas, HAT) o que reprimen o silencian su expresión (DNA metil trasferasas Dnmt, metil tranferasas de histonas y desacetilasa de histonas HDAC). Además de estas existen las kinasas, ubiquitin ligasas y sumoil ligasas que regulan tanto de forma positiva como negativa la expresión de un gen.

Acetilación de histonas

La acetilación de histonas es llevada a cabo por una familia muy amplia de proteínas denominadas histona acetil transferasas (HATs). El fenómeno de la actividad HAT en las histonas era conocida varios años antes de la purificación y caracterización de estas proteínas.

La correlación entre acetilación y metilación de histonas y la expresión génica fue descrita por primera vez por Vincent G. Allfrey y cols. en 1964. Ellos se detuvieron en tres observaciones descritas previamente: (a) las histonas inhibían la síntesis de RNA en aislados nucleares del timo de ternero, (b) la remoción de las histonas incrementaba la síntesis de mRNA y (c) que el complejo DNA-histona inhibía la función de la RNA polimerasa in vitro. En aquel entonces se realizaban experimentos como incorporación de acetato o metil-metionina marcados radiactivamente a proteínas del núcleo del timo de ternero, que luego eran separadas por una columna de carboximetil celulosa. Así identificaron los residuos acetilados de las histonas y los correlacionaron con la síntesis de RNA donde encontraron que la acetilación de la histona H3 producía un nivel de transcripción similar al DNA no cubierto por histonas. También, en este estudio se descubrió que la síntesis de las histonas es previa a la   síntesis de mRNA generales, y que además, era inhibida por la puromicina.

Actualmente, se sabe que la acetilación en zonas reguladoras o promotoras de la transcripción, permiten la pérdida del empaquetamiento sobre el DNA y favorece la transcripción de un gen. Las HATs se activan en su mayoría por fosforilación. Además, contienen múltiples dominios catalíticos que acetilan el grupo ε -amino de las lisina presentes en el extremo amino terminal (altamente conservado entre las histonas). Esta reacción requiere del cofactor acetilCoA que entrega su grupo acetil.

Las enzimas HATs descritas en mamíferos son 16, dentro de las cuales 11 se han encontrado en humanos. Cada una de estas enzimas se pueden clasificar de modo general, según su localización subcelular: tipo A en el núcleo o tipo B en el citoplasma. Sin embargo, actualmente se les puede también asociar a un complejo o a múltiples localizaciones. Algunas HATs que se ubican en el citoplasma una de sus funciones es acetilar nuevas histonas sintetizadas y así permitir su translocación al núcleo, donde son desacetiladas e incorporadas a la cromatina. Las HATs que se ubican en el núcleo se asocian principalmente a complejos activadores de la trascripción. Los blancos de estas enzimas varían según su especificidad. Por ejemplo, SRC puede acetilar a H3 y H4, ATF2 acetila H4 y H2B, los coactivadores p300 y la proteína que se une a CREB (CBP) pueden acetilar H3, H4, H2A, H2B y proteínas no histonas, como p300.

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