Histonas

Histonas son parte de los núcleos celulares. Su presencia es un rasgo distintivo entre organismos unicelulares (bacterias) y organismos multicelulares (humanos, animales o plantas). Muy pocas cepas bacterianas tienen proteínas similares a las histonas. La evolución ha producido histonas para acomodar mejor y más eficazmente la cadena de ADN muy larga, también conocida como material genético, en las células de los seres vivos superiores. Porque si el genoma humano se desenrollara, tendría aproximadamente 1-2 m de largo, dependiendo de la etapa celular en la que se encuentre la célula.

¿Qué son las histonas?

En organismos más desarrollados, las histonas se encuentran en los núcleos celulares y tienen una alta proporción de aminoácidos cargados positivamente (especialmente lisina y arginina). Las proteínas histonas se dividen en cinco grupos principales: H1, H2A, H2B, H3 y H4. Las secuencias de aminoácidos de los cuatro grupos H2A, H2B, H3 y H4 apenas difieren entre los diferentes seres vivos, mientras que hay más diferencias para H1, una histona de conexión. En el caso de los glóbulos rojos de las aves que contienen núcleos, H1 incluso ha sido reemplazado por completo por otro grupo de histonas principal, llamado H5.

La gran similitud de las secuencias en la mayoría de las proteínas histonas significa que en la mayoría de los organismos el "empaquetamiento" del ADN ocurre de la misma manera y la estructura tridimensional resultante es igualmente eficaz para la función de las histonas. En el curso de la evolución, el desarrollo de histonas debe haber ocurrido muy temprano y debe haberse mantenido incluso antes de que surgieran los mamíferos o los humanos.

Anatomía y estructura

Tan pronto como se forma una nueva cadena de ADN a partir de bases individuales (llamadas nucleótidos) en una célula, debe "empaquetarse". Para este propósito, las proteínas histonas se dimerizan, que luego forman dos tetrámeros. Finalmente, un núcleo de histona consta de dos tetrámeros, el octámero de histonas, alrededor del cual la hebra de ADN se envuelve y penetra parcialmente. Por tanto, el octámero de histonas se encuentra en la estructura tridimensional dentro de la hebra de ADN retorcida.

Las ocho proteínas histonas con el ADN a su alrededor forman el complejo completo de un nucleosoma. El área de ADN entre dos nucleosomas se llama ADN enlazador y comprende alrededor de 20-80 nucleótidos. El ADN enlazador es responsable de que el ADN "entre" y "salga" del octámero de histonas. Por tanto, un nucleosoma consta de aproximadamente 146 nucleótidos, una porción de ADN enlazador y ocho proteínas histonas, de modo que los 146 nucleótidos se envuelven 1,65 veces alrededor del octámero de histonas.

Además, cada nucleosoma está asociado con una molécula H1, de modo que los puntos de entrada y salida del ADN se mantienen unidos por la histona de conexión y aumenta la compacidad del ADN. Un nucleosoma tiene un diámetro de alrededor de 10 a 30 nm. Muchos nucleosomas forman cromatina, una cadena larga de ADN-histona que parece una cadena de perlas bajo el microscopio electrónico. Los nucleosomas son las "perlas" que están rodeadas o conectadas por el ADN en forma de hilo.

Varias proteínas que no son histonas apoyan la formación de los nucleosomas individuales o de la cromatina completa, que finalmente forma los cromosomas individuales si una célula se va a dividir. Los cromosomas son el tipo máximo de compresión de cromatina y pueden ser reconocidos por microscopía óptica durante la división del núcleo de una célula.

Función y tareas

Como se mencionó anteriormente, las histonas son proteínas básicas con carga positiva, por lo que interactúan con el ADN cargado negativamente a través de la atracción electrostática. El ADN se "envuelve" alrededor de los octámeros de histonas para que el ADN se vuelva más compacto y encaje en el núcleo de cada célula. El H1 tiene la función de comprimir la estructura superior de la cromatina y principalmente evita la transcripción y, por lo tanto, la traducción, es decir, la traducción de esta parte del ADN en proteínas a través de un ARNm.

Dependiendo de si la célula está "en reposo" (interfase) o dividiéndose, la cromatina está menos o más fuertemente condensada, es decir, empaquetada. En la interfase, grandes partes de la cromatina están menos condensadas y, por lo tanto, pueden transcribirse en ARNm, es decir, leerse y luego traducirse en proteínas. Las histonas regulan la actividad genética de genes individuales en su vecindad y permiten la transcripción y la creación de cadenas de ARNm.

Cuando una célula comienza a dividirse, el ADN no se traduce en proteínas, sino que se distribuye uniformemente entre las dos células hijas que se crean. Por lo tanto, la cromatina está fuertemente condensada y además estabilizada por las histonas. Los cromosomas se vuelven visibles y se pueden distribuir a las células recién emergentes con la ayuda de muchas otras proteínas que no son histonas.

Enfermedades

Las histonas son esenciales en la creación de un nuevo ser vivo. Si, debido a mutaciones en los genes de las histonas, no se pueden formar una o más de las proteínas de las histonas, este organismo no es viable y el desarrollo posterior se detiene prematuramente. Esto se debe principalmente a la conservación de alta secuencia de histonas.

Sin embargo, se sabe desde hace algún tiempo que las mutaciones en los diversos genes de histonas de las células tumorales pueden ocurrir en niños y adultos con varios tumores cerebrales malignos. Se han descrito mutaciones en los genes de histonas especialmente en los denominados gliomas. También se descubrieron colas cromosómicas alargadas en estos tumores. Estas secciones terminales de los cromosomas, llamadas telómeros, son normalmente responsables de la longevidad de los cromosomas. En este contexto, parece que los telómeros alargados en los tumores con mutaciones de histonas dan a estas células degeneradas una ventaja de supervivencia.

Mientras tanto, se conocen otros tipos de cáncer que tienen mutaciones en los diversos genes de histonas y, por lo tanto, producen proteínas de histonas mutadas que no cumplen o solo realizan de manera deficiente sus tareas reguladoras. Estos hallazgos se están utilizando actualmente para desarrollar formas de terapia para tumores particularmente malignos y agresivos.