EL NÚCLEO INTERFÁSICO: CROMATINA Y ESTRUCTURA CROMOSÓMICA

1. EL NÚCLEO INTERFÁSICO: CROMATINA Y ESTRUCTURA CROMOSÓMICA

2. El núcleo - Sus componentes N: nucleoplasma N: nucléolo Microscopía electrónica de transmisión.

3. Estructura de los ácidos nucleicos Son polímeros de nucleótidos Nucleótido de adenina monofosfato Adenina Ribosa 2-desoxirribosa ribonucleótidos desoxirribonucleótidos Fosfato Ribosa Adenosina 5 monofosfato AMP

4. Nucleótido ≠ Nucleósido

5. Estructura de los ácidos nucleicos Son polímeros de nucleótidos Hay nucleótidos con distintas bases nitrogenadas

6. Estructura de los ácidos nucleicos Son polímeros de nucleótidos 5´ 1´ 4´ 2´ 3´ Siguiente Unión fosfodiester

7. Estructura de los ácidos nucleicos En la doble hélice de ADN : N°Pirimidinas = N°Purinas C+T =A+G A=T C= G

9. Puentes Hidrógeno entre los pares de bases complementarias Se producen entre el hidrógeno y oxígeno (o nitrógeno )

10. Cromosomas eucariotas En eucariotas, existen varias moléculas de ADN en cada célula. Cada una de ellas constituye un cromosoma (o cromátide de cromosoma) La longitud de una molécula de ADN se mide en pares de bases En humanos, el cromosoma 1 posee 240 x106 pares de bases, y el cromosoma Y 50 x106 pares de bases

11. Los cromosomas están confinados en el núcleo 6µm Cada célula humana contiene aprox. 1,70m lineales de ADN si se unieran las moléculas de ADN por sus extremos Diámetro aproximado del núcleo ¿Cómo hace el ADN para confinarse dentro del núcleo?

12. Las histonas permiten el nivel de organización más básico del cromosoma: el nucleosoma Microscopía electrónica de una fibra de cromatina de 11nm en la que se observan los nucleosomas “cuentas de collar”

13. Mecanismos involucrados en la formación de la fibra de 30nm Histona H1 Interacción de los extremos N-terminales entre nucleosomas

14. La estructura de la fibra de 30 nm que se ve al ME … Puede ser interpretada de varias maneras lo que da origen a diferentes modelos posibles Esos modelos pueden agruparse en dos clases 1) Modelo del solenoide 2) Modelo del zig-zag No hay aún evidencias experimentales que permitan descartar alguno de estos dos modelos

15. La estructura de la fibra de 30 nm que se ve al ME … Puede ser interpretada de varias maneras lo que da origen a diferentes modelos posibles Esos modelos pueden agruparse en dos clases 1) Modelo del solenoide 2) Modelo del zig-zag No hay aún evidencias experimentales que permitan descartar alguno de estos dos modelos

16. 1) Modelo del solenoide para la fibra de 30 nm

17. 2) Modelo del zig-zag para la fibra de 30 nm Se basa en el arreglo en zig-zag observado al microscopio electrónico de nucleosomas en soluciones de baja fuerza iónica

18. Modelo del zig-zag para la fibra de 30 nm

19. La fibra de 30 nm no es la forma en la que se encuentran usualmente los cromosomas interfásicos Aún el más pequeño de los cromosomas humanos, organizado en esa fibra, mediría 0,1 cm (100 veces más grande que el núcleo)

20. Estructura de un cromosoma interfásico

21. Dominios de bucle de la cromatina

22. Los cromosomas mitóticos están formados por cromatina en su estado más condensado

23. Resumen de los niveles de compactación de la cromatina Resultado netoCada cromosoma miótico es 10.000 veces más corto que su longitud extendida

24. Heterocromatina Hay heterocromatina constitutiva y facultativa. Son regiones transcripcionalmente inactivas La heterocromatina constitutiva no posee genes y no es activa transcripcionalmente en ninguna célula del organismo en ningún momento del desarrollo. Se concentra en las regiones de los centrómeros y telómeros del cromosoma. La Heterocromatina facultativa posee genes y es inactiva transcripcionalmente en determinados tipos celulares en determinados momentos del desarrollo. Se encuentra presente en distintas regiones de los cromosomas de las células diferenciadas. Esto depende del tipo celular y de su estado de diferenciación. El corpúsculo de Barr es un ejemplo de heterocromatina facultativa

25. Heterocromatina No se ha elucidado en profundidad la estructura molecular de la heterocromatina. Sin embargo, se sabe que involucra la metilación e hipoacetilación de histonas, y la participación de proteínas accesorias

26. La cromatina y la regulación de la expresión genética Complejos remodeladores de cromatina

27. Las histonas tienen extremos NH2 terminales que forman colas que sobresalen de los nucleosomas . Las histonas sufren modificaciones covalentes en los extremos NH2 terminales : 1) Acetilaciones 2) Metilaciones 3)Fosforilaciones Estas modificaciones remodelan la cromatina, activan o desactivan la expresión de genes

28. 1) Acetilaciones Son cambios reversibles de las Histonas Las lisinas presentes en esas colas NH2 terminal pueden estar acetiladas o no. En General :Cuando están acetiladas las histonas las colas NH2 terminales quedan sueltas y se facilita la transcripción. Cuando están desacetiladas las histonas se pueden unirse a nucleosomas adyacentes y se inhibe la transcripción

29. No obstante: el efecto de la acetilación depende también de los aminoácidos vecinos y sus modificaciones Acetilación de histonas

30. 2)Metilación Es un cambio Permanente de las histonas De hecho: hay sólo Metilasas de Histonas (no se conocen Desmetilasas de Histonas) . Metilación de la LIS 9 de la H3 es imprescindible para la formación de Heterocromatina 3) Fosforilación: Se producen en las serinas del extremo NH2 terminal de las histonas

31. Los cambios que modifican la expresión de genes modificando las histonas (Proteínas ) sin modificar la secuencia de ADN se denominan: CAMBIOS EPIGENETICOS Todas estas modificaciones de las histonas Genera un “CODIGO DE HISTONAS” que recién se está comenzando de descifrar

32. Conclusión Las Histonas : *son mucho más que un andamiaje que permite compactar el ADN *Modulan la actividad del ADN que las rodea regulando la expresión de genes por medio de los cambios (epigenéticos) que de acuerdo a un “Codigo de Histonas” que recientemente está comenzando a ser descifrado

33. La desacetilación de histona un blanco terapéutico actual Inhibidores de desacetilasas tienen un uso potencial como medicamento ya que permitirían activar genes supresores de tumores (p21) Actividades anormales de las histonas deacetilasas han sido observadas en varios tipos de cáncer, tales como la leucemia promielocítica aguda, la leucemia mielógena aguda, el linfoma no Hodgkin, y varios tipos de carcinomas colorectales y gástricos. Cuando estas enzimas actúan incorrectamente, éstas pueden impedir la transcripción de genes claves. Este proceso parece ser una etapa importante en el proceso del desarrollo del tumor en ciertas formas de cánceres.

34. Organización de los cromosomas en los núcleos de mamíferos

35. Subcompartimientos nucleares Localización de los componentes responsables del splicing Lugares agrupados de replicación del ADN

36. Nucléolo

37. ME - NUCLEOLO

38. El nucléolo está organizado alrededor de los organizadores nucleolares (brazos cortos de los cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22) que poseen los genes que codifican para el precursor 45 S de los ARN ribosomales. En el nucléolo se transcribe y procesa el ARN ribosomal precursor 45 S y se ensamblan las subunidades ribosomales.

39. CF Centro Fibrilar : Fibrillas de 50 Ǻ de diametro Contiene los genes que codifican para: Pre – ARNr ARN Polimerasa 1 ADN topoisomerasa 1 Factor de transcripción UBF CFDComponente fibrilar denso: compuesto por proteína Fibrilarina involucrada en metilación de ribosas del ARN r en los primeros estadíos del procesamiento de ARNr CG : Componente Granular Gránulos de 15-20 nm Se ensamblan las partículas pre- ribosomales Presencia de fosfoproteínas nucleolares B23 y NOP 52 que participan en la biogénesis temprana de los ribosomas

40. Recientemente se obtuvieron evidencias de otras funciones del nucléolo además de la síntesis de ribosomas 1) participaría en el transporte y/o recambio de algunos ARNm Mutantes de Saccharomyces cereviciae acumulan ARNms en el núcleo y en muchas se observa fragmentación o alargamiento del nucléolo lo que indica una correlación entre el nucléolo y exportación de ARNms al citoplasma Se identificó un gen MTR3 que codifica para una proteína que al estar mutada se produce la acumulación de ARNms en el nucléolo

41. 2) Varios ácidos nucleicos y antígenos virales interactúan con proteínas del nucléolo En células humanas infectadas : Virus de inmunodeficiencia tipo 1 El transporte de ARN viral lo realiza la proteína REV que se localiza principalmente en el nucleolo Virus de leucemia T La proteína REX actúa como regulador de la post- transcripciónal del virus y se ubica en el nucléolo 3) Participa en la biogénesis de la partícula de reconocimiento del péptido señal (PRS). Interviene en el procesamiento del ARN que forma parte del PRS y el ensamblaje 4) Participa en el control del envejecimiento celular

42. Conclusión: El nucléolo tiene otras funciones, además de la formación de los ribosomas, que están siendo estudiadas más recientemente

43. Autoevaluación: • Explique qué importancia tienen los cambios en el grado de • la condensación de la cromatina sobre la expresión genética. • 2) Explique por qué el núcleo de una neurona tiene cromatina • laxa con nucléolo evidente y por qué una célula en proceso • de apoptosis tiene la cromatina densa (integración con Histología). • 3) Explique por qué la heterocromatina facultativa en una célula • diferenciada puede encontrarse en forma de eucromatina en una • célula madre o progenitora de la célula diferenciada citada • (integración con Embriología e Histología). • 4) Justifique qué sucede con el nucléolo en las células de un • individuo que posee una deleción del brazo corto de ambos • cromosomas homólogos 15 (integración con Genética).

44. Autoevaluación: 5) Justifique dónde se sintetizan las proteínas de las subunidades ribosómicas que se ensamblan en el nucléolo.