Histona

Representación esquemática del ensamblaje de las histonas nucleares en el nucleosoma.

Estructura del nucleosoma.

Las histonas son proteínas globulares, de baja masa molecular, muy conservadas evolutivamente entre los eucariotas y en algunos procariotas. Forman la cromatina junto con el ADN, sobre la base de unas unidades conocidas como nucleosomas. La cromatina resuelve el problema de restricción de crecimiento de ADN y nucleo, la cromatina esta formada por DNA y proteinas, la principal proteína formadora son las HISTONAS

Historia

En 1884, Albrecht Kossel reportó el aislamiento de un componente extraído por tratamiento ácido de núcleos de eritrocitos de ganso. Por su aparente similitud fisicoquímica con la peptona lo denominó histonas y sugirió que podría estar unido a los ácidos nucleicos [1]. La palabra histona deriva de la palabra alemana “Histon”, de origen incierto pero probablemente del griego “histanai” o de “histos”. Sólo después de la década de 1990 es que fue reconocido el papel regulador de las histonas, antes eran solamente vistas como matriz para el enrolamiento del material genético (ADN).

Histonas – proteínas de soporte

Las proteínas celulares más frecuentes son las proteínas histonas, siendo que cada célula eucariótica presenta varios cientos de millones de moléculas de histonas, mientras que las demás proteínas no alcanzan unos cientos (como mucho, a miles). Son proteínas de masa molecular baja, aproximadamente 11-12 Kd y exhiben un alto contenido, cerca de 20%, de lisina y arginina (aminoácidos básicos). Con las cargas positivas de las cadenas laterales de estos restos, las histonas (que son extremadamente básicas) se unen a los grupos fosfato del ADN (cargados negativamente); para ello no es relevante la secuencia de bases dentro del ADN. A menudo, las histonas son modificadas por metilaciones, acetilaciones, fosforilaciones o ADP-ribosilaciones.

–Metilaciones: Determinan cambios permanentes en la cromatina. Están destinadas al mantenimiento de un tipo determinado de expresión génica (Enzimas encargadas: HMTasas)
–Acetilaciones: en las colas de las histonas a nivel de lisina y arginina: modifican la cromatina determinando que pueda transcribir (Enzimas encargadas: HAT)
–Desacetilaciones: determinan la compactación de la cromatina, silencia la actividad transcripcional (Enzimas encargadas: HDAC)

En los seres humanos hay cinco tipos principales: la histona H1 y las histonas H2A, H2B, H3 y H4. Estas últimas se denominan también histonas nucleosomales y forman un octámero con dos histonas de cada; alrededor de este núcleo se enrolla dos veces un hilo de ADN. Este complejo ADN-histona recibe el nombre de nucleosoma y constituye el componente primario del cromosoma. [2]

El DNA gira unos 147 pares de bases alrededor del núcleo de la histona y a continuación se desplaza unos 20-70 bp en un giro hacia la izquierda hasta alcanzar el siguiente nucleosoma. La pieza intermedia, también denominada DNA de conexión está “desnuda”, es decir, no está equipada con histonas. La histonas H1 se coloca como pieza de cierre en cada nucleosoma y al mismo tiempo toma contacto con las agrupaciones vecinas. De esto modo, las proteínas H1 van “grapando” los nucleosomas para formar un hilo denso: la fibra de cromatina.

Histonas – proteínas de control transcripcional

Las características de las histonas han contribuido para que las histonas fueran visualizadas únicamente como proteínas que permitían al ADN enrollarse adquiriendo así un primer grado de compactación que le facilitaría ser almacenado en el núcleo. Pero que, nadie reparó en el hecho que si lo que la naturaleza requería era de un grupo de moléculas que participaran exclusivamente en el empacamiento del ADN, cualquier secuencia de aminoácidos con carga positiva podría llevar a cabo dicha función. Esto es, no había necesidad de conservar una secuencia precisa de aminoácidos a lo largo de millones de años. [3]

No fue sino hasta la segunda mitad de la década de 1980 cuando estas observaciones fueron reconsideradas más cuidadosamente por los grupos de Roger Kornberg y Donald Brown que observaran que cuando la secuencia de ADN conocida como caja TATA (la cual se localiza en la secuencia regulatoria denominada promotor) quedaba íntimamente asociada a las histonas en el nucleosoma, la transcripción resultaba reprimida. Por el contrario, cuando dicha secuencia se colocaba fuera del nucleosoma, la transcripción podía ahora ocurrir. [4]

Actualmente, se sabe que todo el ADN nuclear está enrollado en nucleosomas que se organizan en fibras de cromatina y que los reguladores de genes no pueden unirse a un ADN tan compacto, ya que sus lugares de unión están tapados por nucleosomas. Así, los factores de transcripción primero deben hacer un trabajo previo que consiste en distender los nucleosomas para conseguir acceso.

Un conjunto de factores de transcripción puede modificar covalentemente los restos de histonas situados en el núcleo de los nucleosomas. Algunos tienen actividad histona-acetil-transferasa, con la que acetilan el grupo ε-amino de los restos de lisina. Así, estos pierden su carga positiva y ya no pueden mantener los enlaces iónicos, lo que hace que el núcleo de los nucleosomas se distienda.

De este modo, las secuencias reguladoras del ADN quedan accesibles. Las histonas también pueden modificarse por metilación, ribosilación o fosforilación; aún no se conoce en detalles cuáles son los mecanismos precisos con los que estás modificaciones influyen en la regulación genética.

Referencias

[1] – Wu RS, Panusz HT, Hatch CL y Bonner WM (1986) Histones and their modifications, Crit Rev Biochem 20: 201-263.

[2] – Werner Muller-Esterl. Bioquímica – Fundamentos para Medicina y Ciencias de la Vida. Editorial Reverté, 2004 : 213.

[3] – Raquel Ortega, Carlos Luna, José Luis Busto y Fernando Montiel. Dualidad funcional de las histonas: proteínas de empacamiento genómico y de control transcripcional. (http://www.smb.org.mx/text/beb/beb97164128133.pdf)

[4] – Felsenfeld G (1992) Chromatin as an essential part of the transcriptional mechanism, Nature 355: 219 – 223.

[5] - Werner Muller-Esterl. Bioquímica – Fundamentos para Medicina y Ciencias de la Vida. Editorial Reverté, 2004 : 279.