La dinámica de las histonas en las estructuras celulares

Las células están hechas de muchas partes, y uno de los componentes importantes es el ADN, la molécula que lleva la información genética. El ADN es muy largo, y meterlo en el pequeño espacio de una célula puede ser un verdadero reto. Para resolver este problema, las células usan proteínas llamadas proteínas de cromatina para ayudar a organizar y compactar el ADN. Hay dos grupos principales de células en el árbol de la vida: los procariotas (que incluyen bacterias y arqueas) y los eucariotas (que incluyen plantas, animales y hongos). Cada grupo usa diferentes tipos de proteínas de cromatina para manejar su ADN.

#El papel de las proteínas de cromatina

Las proteínas de cromatina ayudan a estructurar el ADN y hacerlo encajar dentro de los límites de la célula. Sin estas proteínas, el ADN sería demasiado grande y ocuparía mucho más espacio del que puede manejar la célula. Esencialmente, estas proteínas ayudan a empaquetar el ADN de manera compacta, permitiendo que quepa en áreas mucho más pequeñas.

Las proteínas de cromatina vienen en varios tipos, y no todas se encuentran en cada grupo de organismos vivos. Sin embargo, muchas de estas proteínas comparten rasgos similares entre diferentes formas de vida. Los científicos clasifican las proteínas de cromatina en tres tipos principales según cómo interactúan con el ADN:

1. Algunas proteínas pueden doblar o enrollar el ADN.
2. Otras actúan como puentes, conectando diferentes partes del ADN.
3. Algunas proteínas pueden formar hebras largas a lo largo del ADN.

#Cómo organizan su ADN los eucariotas

En los eucariotas, proteínas específicas llamadas Histonas juegan un papel clave en organizar el ADN. Las histonas pueden doblar y enrollar el ADN alrededor de ellas mismas para formar unidades llamadas Nucleosomas. Cada nucleosoma consiste en un núcleo formado por ocho proteínas histonas, que envuelven cadenas de ADN de aproximadamente 150 pares de bases de longitud.

Las histonas eucariotas se clasifican en tipos centrales: H2A, H2B, H3 y H4. Aunque estas proteínas pueden variar en sus secuencias, todas mantienen una estructura común conocida como el pliegue de histona. Esta estructura consiste en aproximadamente 65 aminoácidos formando tres hélices distintas unidas por dos secciones cortas. Estas histonas también tienen colas en un extremo, que pueden sufrir varias modificaciones después de ser producidas, contribuyendo a sus funciones.

Las histonas se juntan para formar pares conocidos como dímeros. En las células eucariotas, las histonas H2A y H2B se juntan, y lo mismo ocurre con H3 y H4. Estas interacciones son esenciales para construir la estructura del nucleosoma.

#Histonas en arqueas

Curiosamente, las histonas no son exclusivas de los eucariotas. También se encuentran en la mayoría de los grupos arqueales, que son un dominio separado de la vida. Dos histonas arqueales muy estudiadas son HMfA y HMfB, junto con otras de diferentes especies arqueales. Las histonas arqueales generalmente carecen de las colas que se ven en las histonas eucariotas y pueden formar pares conocidos como homodímeros, que son similares pero diferentes de las histonas eucariotas.

Ciertos grupos de arqueas, conocidos como arqueas Asgard, tienen histonas que tienen colas similares a las de los eucariotas. El propósito de estas colas y si son ancestrales a las histonas eucariotas aún está bajo investigación.

Las histonas arqueales también forman estructuras compactas llamadas hipernucleosomas. A diferencia de los nucleosomas eucariotas, que están limitados a un conjunto específico de ocho proteínas, los hipernucleosomas pueden expandirse infinitamente. Los científicos aún no comprenden completamente cómo se dimensionan o posicionan estas estructuras dentro de la célula.

#Bacterias y proteínas asociadas al nucleoid

En el mundo de las bacterias, las histonas están generalmente ausentes. En su lugar, las bacterias utilizan proteínas conocidas como proteínas asociadas al nucleoid (NAPs). Estas proteínas realizan funciones similares a las de las histonas, ayudando a organizar y gestionar la estructura compacta del ADN bacteriano. Las NAPs difieren de las histonas clásicas en su estructura, pero a menudo son pequeñas y típicamente abundantes.

Algunos ejemplos de NAPs incluyen:

• H-NS, que ayuda a unir regiones del ADN y forma filamentos.
• IHF, que dobla el ADN de manera pronunciada.
• Fis, que resulta en un doblado más suave del ADN.

Aunque se pensaba que las histonas no existen en bacterias y virus, descubrimientos recientes muestran que algunos sí usan proteínas similares a histonas para organizar el ADN. Algunos virus, como los de la familia Marseilleviridae, tienen variantes de histonas que son estructuralmente similares a las histonas eucariotas. Además, algunas bacterias, como Bdellovibrio bacteriovorus, tienen histonas únicas que, a diferencia de las histonas clásicas, forman estructuras diferentes y pueden doblar el ADN sin enrollarlo.

#La diversidad de las histonas

Las histonas recién identificadas con arquitecturas únicas significan un mundo diverso de proteínas de cromatina entre los procariotas. Con tecnologías avanzadas, los científicos ahora pueden predecir la estructura de muchas de estas histonas. Este esfuerzo ha descubierto una amplia variedad de histonas procariotas que pueden dividirse en diferentes grupos según sus estructuras predichas.

A través de un análisis detallado, se han identificado 17 grupos distintos de histonas procariotas. Estos incluyen histonas nucleosomales y una nueva familia reconocida llamada histonas α3, prevalentes en la mayoría de los grupos arqueales y algunas líneas bacterianas.

Las histonas cara a cara (FtF), parte de la familia α3, son el subgrupo más grande de histonas procariotas. Su estructura predicha se asemeja a la de las histonas nucleosomales, lo que les permite posiblemente desempeñar un papel similar en la organización del ADN.

#Histonas cara a cara

Las histonas FtF constituyen una gran parte del paisaje de histonas procariotas. Estas proteínas se encuentran en muchos grupos arqueales, así como en phyla bacterianos específicos. Estas histonas se caracterizan por su estructura de tetramero, donde dos dímeros interactúan, formando una forma similar a un anillo.

Ciertos residuos conservados dentro de estas proteínas sugieren que podrían desempeñar un papel en la unión al ADN. Por ejemplo, ciertos residuos son especialmente conservados y pueden ser responsables de cómo las histonas FtF interactúan con el ADN, similar a cómo lo hacen las histonas eucariotas.

Los estudios sobre las histonas FtF han mostrado que se expresan mucho en algunos organismos, sugiriendo un papel crucial en la organización de la cromatina. Por ejemplo, en Halobacteria, estas histonas están constantemente entre los genes más expresados, indicando su potencial importancia en la formación de estructuras similares a nucleosomas.

#Histonas α3 menores

Dentro de la familia α3, hay categorías más pequeñas conocidas como histonas α3 menores. Estas incluyen dímeros bacterianos, histonas ZZ, histonas GTPasa Rab y histonas de fago. Cada una tiene sus propias características únicas pero comparte cualidades comunes con las histonas mayores.

Los dímeros bacterianos se encuentran predominantemente en phyla bacterianos específicos y exhiben características similares a las de las histonas clásicas. Las histonas ZZ, que se encuentran principalmente en Proteobacteria, tienen un dominio en un extremo, que puede interactuar con otras proteínas.

Las histonas GTPasa Rab están presentes principalmente en grupos arqueales específicos, y su función sigue siendo mayormente inexplorada. Las histonas de fago, por otro lado, se han encontrado en material genético bacteriano y viral, lo que sugiere que desempeñan un papel en el empaquetamiento del ADN dentro de los virus.

#Histonas puentes de ADN

Entre los diferentes tipos de histonas, un grupo sugiere que pueden potencialmente unir ADN. Estos incluyen histonas de Methanococcales, histonas de coil-coil, histonas de RdgC y histonas de fago.

Las histonas de Methanococcales han sido confirmadas experimentalmente para unir ADN, permitiéndoles conectar diferentes segmentos de ADN. Las histonas de coil-coil también muestran similitudes en estructura que sugieren que pueden compartir esta capacidad.

Investigaciones adicionales han indicado que ciertos residuos dentro de estas proteínas probablemente están involucrados en la unión al ADN. Por ejemplo, ciertos residuos cargados positivamente pueden desempeñar un papel en esta interacción.

#Histonas relacionadas con IHF

Las histonas relacionadas con IHF se encuentran en un número limitado de metagenomas bacterianos. Estas histonas tienden a aparecer junto a genes que codifican para proteínas similares al factor de alojamiento de integración. Su baja presencia en bacterias sugiere que pueden ser proteínas raras y especializadas.

Las histonas IHF tienen características estructurales únicas, lo que lleva a los científicos a explorar si pueden unir ADN como las histonas nucleosomales tradicionales. Sin embargo, el papel de este grupo dentro del contexto más amplio de la organización del ADN sigue sin estar claro.

#La importancia de los nuevos descubrimientos

El descubrimiento de nuevas histonas procariotas destaca la vasta diversidad y complejidad de las proteínas de cromatina. Al clasificar estas proteínas en grupos distintos, los investigadores obtienen ideas sobre cómo diferentes organismos gestionan su ADN.

Entender estas proteínas es crucial para descubrir cómo funcionan las células y mantienen su información genética. Con los avances en tecnologías de predicción de estructuras, como AlphaFold, los científicos pueden seguir explorando los roles y funciones de varias histonas, incluso aquellas que se habían pasado por alto anteriormente.

A medida que se descubre más información, obtenemos una imagen más clara de los intrincados sistemas que gobiernan la vida a nivel molecular, abriendo puertas a futuras investigaciones y posibles aplicaciones en medicina, biotecnología y más allá.

La exploración de las histonas procariotas y sus funciones continúa evolucionando, planteando preguntas interesantes sobre la historia de las proteínas de cromatina y su importancia evolutiva. Aunque algunas histonas aún están en gran medida inexploradas, los estudios en curso prometen arrojar luz sobre sus roles en la organización celular.

#Conclusión

En resumen, las histonas son proteínas fascinantes que desempeñan un papel esencial en la organización del ADN en diferentes tipos de células. A medida que avanza la investigación, los científicos están descubriendo nuevas variantes de histonas y sus propiedades distintas. Este conocimiento en expansión mejora nuestra comprensión de los procesos fundamentales que sustentan la vida misma.

El mundo de las histonas ejemplifica la complejidad de los sistemas biológicos. Con cada nuevo hallazgo, la imagen se vuelve más clara, revelando las diversas estrategias que la vida emplea para gestionar su información más vital: el ADN. A través de la colaboración y la continua exploración, la comunidad científica está lista para desbloquear aún más secretos del funcionamiento interno de la célula.