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Grado en Bioquímica. Segundo Cuatrimestre. Asignatura de Biología. Biología celular. Curso 2018/2019. Tema III: Estructura de la cromatina. Natalia Caballero González

ESTRUCTURA DE LA CROMATINA El superenrrollamiento que decíamos que se daba en las eucariotas era en torno a partículas de histonas. Lo hace y tiene una sucesión de formas de organización: B: Solenoide Nucleosomas: sucesión de cuentas.

C: Lazos

E: Cromosoma metafásico

El núcleo interfásico es núcleo en fase de no división.

Clases de cromatina (más o menos oscura/ condensada). 

Tipos de fibra de cromatina: o A·10nm: sucesión de nucleosomas.  Fibra nucleosómica. o B·30nm: compactación de la anterior.



Tipos de cromatina: o Eucromatina:  Estado: menos condensada, laxa y abierta.  Marcas: histonas acetiladas  marcas H3K4me3  ¿Quién tiene esta forma? Secuencias en proceso activo de transcripción. o Heterocromatina:  Estado: más condensada, compacta y cerrada.  Marcas: sin histonas acetiladas.  ¿Quién tiene esta forma? Secuencias sin actividad génica.  Tipos:  Constitutiva o ¿Quién tiene esta forma? Zonas del cromosoma sin genes, como centrómeros o telómeros. Común a todos los tipos celulares. o Marca: H3K9me3 e hipoacetilación,  Facultativa o ¿Quién tiene esta forma? Secuencias propias de cada tipo celular. o Marcas: H3K27me3  complejos polycomb. o Ejemplo por antonomasia: el cromosoma X de las hembras. Tengo dos cromosomas y funciona uno, el otro se heterocromatiniza.

(explicación de las marcas en la s páginas 7, 8 y 9)

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Grado en Bioquímica. Segundo Cuatrimestre. Asignatura de Biología. Biología celular. Curso 2018/2019. Tema III: Estructura de la cromatina. Natalia Caballero González

Unidad estructural: nucleosoma.

o o

¿Cómo se descubre el nucleosoma?  Digestión controlada de núcleos con DNasa. Está formado por 8 histonas (octámero).  ¿Qué es una histona?  Formada por aá. básicos.  Estructura: o Módulo histona: αhélice-lazo- αhélice-lazo- αhélice o Extensión aminoterminal. Resultado: fragmentos de DNA múltiplos de 200pb

Digestión conDNasa 

Nucleosoma: digestión final

partículas 11nm

octámero histonas + 147pb alrededor.

¿Qué 8 histonas?

El DNA da una vuelta y tres cuartos…

…y luego sigue mediante el DNA linker hacia el siguiente nucleosoma.

Así se forma la fibra de 10nm (A).

Sobresalen las colas amino- terminales.

Así se forma la fibra de 30nm (B).

Después el linker se une a la parte central de otro nucleosoma adyacente. ¿central?

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Grado en Bioquímica. Segundo Cuatrimestre. Asignatura de Biología. Biología celular. Curso 2018/2019. Tema III: Estructura de la cromatina. Natalia Caballero González  ¿Ahora qué ocurre? Pues que, el DNA está sometido a más tensión por fuera que por dentro –misma longitud, más estirado. Luego, en el interior:  Los pares de A-T (2p.H)  menor tensión si están tocando al octámero.  Ergo: si tengo muchas, me cuesta menos formar nucleosomas.  Ergo: mayor orden y coherencia posición-secuencia.  Los pares G-C  mayor tensión si están tocando al octámero.  Ergo: si tengo muchos, me cuesta más formar nucleosomas.  Ergo: menor número de nucleosomas, porque me cuesta formarlos. 

Otros tipos de histonas interesantes: o Histona H1  Función: organizar la fibra de 10nm en fibra de 30nm.  ¿Cómo? o Se asocia a los linker (DNA libre entre nucleosomas)  ¿Cómo? Sus colas amino y carboxilo terminal interaccionan con ellos. o ¿Para qué? Estabiliza las fibras de 30nm (hélices cruzadas en zigzag).  No forma parte del nucleosoma.



Las histonas tienen variantes, familias, que determinan la estructura de la cromatina.

Factores que influyen en la estructura de la cromatina. 

Su estructura depende de a. Posición de los nucleosomas: i. Si la secuencia con la que se quiere trabajar está asociada a histonas, esto es empaquetada, no van a poder interaccionar con ella los factores necesarios para los procesos como transcripción traducción, etc. ii. Tengo tres opciones para poder trabajar con una secuencia: ♯ Utilizar la parte del linker, que no está asociada a ningún nucleosoma. ♯ Esperar a su tiempo “de libertad”: poseen unos 10-50ms (5-15% del tiempo) en los que es accesible; porque no es una estructura fija, sino que se hacen y deshacen sus puntos de contacto. ♯ “Llamar” a un complejo remodelador, peces gordos en el funcionamiento del genoma, para que me ayude. Éstos, desplazan los nucleosomas en relación con la secuencia de DNA hasta una zona accesible. b.

Variantes de las histonas canónicas: i. Las distintas zonas del genoma tienen nucleosomas con variantes de las histonas canónicas. Los miembros de las familias histónicas tienen alguna variación respecto a la canónica y son propias de las zonas donde se encuentran o de sus estados asociados a una actividad funcional. Familias:  de la H3  H3.3  CENP-A: asociada específicamente a nucleosomas del centrómero.  de la H2A  H2AX  H2AZ: forma parte de la cromatina que se está transcribiendo.  macroH2A ii. Variar la composición de un octámero= deshacerlo y rehacerlo. Chaperonas  facilitan la interacción entre histonas para formarse complejos.

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Grado en Bioquímica. Segundo Cuatrimestre. Asignatura de Biología. Biología celular. Curso 2018/2019. Tema III: Estructura de la cromatina. Natalia Caballero González c.

Modificaciones químicas postraduccionales de las histonas:

i. Tipos: Acetilación Metilación Ubiquitinización: conjugación con proteína hace que pierda su no afecta a su carga. ubiquitina (unión carga -y se covalente). convierte en neutra la lisinaAminoácido afectado ·Lisina: aá. básico con carga positiva. ·Arginina (las modificaciones no pueden darse simultáneamente, le quito una antes de ponerle otra) modificación

Fosforilación: + (carga negativa) ·Serina ·Treoína

ii. Afectan a las histonas H3, H4, H2A y H2B en distintas localizaciones, la mayoría en las colas. iii. Suponen marcas, pues las modificaciones son distintas según su funcionalidad: código histónico. ♯

Trabajan para ello: complejos escritor-lector. COMPLEJOS ESCRITOR-LECTOR  ¿Cómo sabe nuestro escritor dónde tiene que poner la marca? 1. Un primer complejo escritor escribe una marca, un lector lo lee y pone ahí a nuestro escritor. 2. secuencia específica y pone ahí a nuestro escritor. 3. Un RNA con función estructural se asocia a nuestro escritor y lo coloca.





Complejos escritores/borradores: actividades enzimáticas.  Acetilan  histon acetilasas o HAT.  Desacetilan  histon desacetilasas.  Metilan  histon metil transferadas HMT  Desmetilan  histon desdemitalas  Fosforilan  histon quinasas Lectores con dominios estructurales que reconocen:  Acetilaciones  bromodominio  Metilaciones  cromodominio

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Grado en Bioquímica. Segundo Cuatrimestre. Asignatura de Biología. Biología celular. Curso 2018/2019. Tema III: Estructura de la cromatina. Natalia Caballero González Ejemplo de diferencia en la funcionalidad en la histona H3: Sin marca  silenciamiento génico. Acetilada en K9 y K14 y fosforilación actividad génica. Zonas del genoma que se están transcribiendo. Acetilada= pierde carga= no interacciona con DNA =menos condensada. Metilación  inactividad (salvo H3K4me3).

♯

Las marcas se propagan y definen los estados de la cromatina –estructura y función propiaso Se propagan hasta que encuentran un aislador. Así que: el aislador separa la cromatina en dominios: la lectura escritura se extiende.

Marcas muy importantes: las marcas en el DNA.  No altera la secuencia de bases, pero altera químicamente el DNA. Así, al duplicarse el DNA, también se duplican las histonas y las marcas en ellas y en bases. Así, la propagación no sólo se da en el espacio, también en el tiempo. 



La información epigenética es aquella que modula la expresión de los genes sin alterar la secuencia de ADN. Se basa en la escritura y lectura de las marcas. Es la memoria apoyada en las modificaciones químicas de histonas y DNA –no en las alteraciones de sus bases-, en las diferencias en sus marcas. El nucleosoma nuevo contiene partes nuevas y partes viejas, y los complejos lectores escritores restablecen las marcas en las proteínas. Así las células guardan memoria de su estructura

Funcionamiento de las DNA metil transferasas (DNMTs) que escriben las metilaciones.

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Grado en Bioquímica. Segundo Cuatrimestre. Asignatura de Biología. Biología celular. Curso 2018/2019. Tema III: Estructura de la cromatina. Natalia Caballero González 

las metilaciones en el DNA.  ¿Dónde se dan? En la citosina, pero sin alterarla: sigue pudiéndose unir a la guanina.  5meC que sigue complementando con G  secuencias simétricas (palindrómicas). o Aislados o Agrupados en islas  Entre los genes  Dentro de los genes  Promotores de un tipo de gen Tiene unas implicaciones: sólo si está sin metilar se iniciará la transcripción.  En los intrones



Importancia de las metilaciones respecto a la epigenética y enfermedades: Asociadas al desarrollo y situaciones patológicas, P. ej.: la célula cancerosa tiene un metiloma propio, y varía según el tipo de cáncer. Permite esto un diagnóstico diferencial y la previsión de respuesta a un tratamiento especializado.

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Grado en Bioquímica. Segundo Cuatrimestre. Asignatura de Biología. Biología celular. Curso 2018/2019. Tema III: Estructura de la cromatina. Natalia Caballero González Habíamos dicho que existían dos clases de heterocromatina. Pues están justificadas por sus marcas. 

Heterocromatina constitutiva.

o o

o

Ocurre esto respecto a su condensación y su consecuente inactivación. Marca: H3K9me3 e hipoacetilación, decíamos. Pues estas marcas reclutan factores proteicos con distintas propiedades  La HP1, eso está claro.  La histona H1 y variantes de histonas.  Remodeladores de cromatina.  Enzimas modificadoras de histonas.  Proteínas de unión a cromatina.  Enzimas de metilación del DNA  HMT  Proteínas de unión a 5meCpG  (creo) HMT con MBD: asociamos metilación del DNA con la metilación de histonas.  La metilación es reconocida por un factor que recluta DNMT, que también es reclutado por HP1. Así relacionamos las marcas en las histonas con la metilación a CpG. Decíamos que quien tenía la cromatina así eran los: ☺ Telómeros: preservan lo que se va acortando durante la división.  Tengo un problema a la hora de duplicar DNA lineal. Se genera una cadena de forma continua y la otra de forma discontinua –en fragmentos de Okazaki que empiezan por RNA después sutituidos por DNA y ligados al siguiente-. Pero ¿Qué ocurre con el fragmento terminal? No puede ser duplicada esa zona porque no tiene DNA al que unirse. Así, la cromátida se va acortando.  Para solucionarlo, los extremos de los cromosomas tienen secuencias repetidas (TTAGGG en vertebrados) en la que en el extremo 3` tiene una parte de cadena sencilla. Se duplicará tantas veces como de estas repeticiones exista.

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Cuando se acaban las repeticiones y hablamos de una célula madre, que se divide continuamente –a las totalmente diferenciadas les da igual-, va a tener que ir a socorrerla una telomerasa. La telomerasa es una transcriptasa inversa con un RNA cuya secuencia complementa a las secuencias teloméricas. El RNA es utilizado como molde para alargar el extremo 3` y se copia la cadena complementaria. No activa en células diferenciadas: senescencia replicativa o capacidad limitada de dividirse. Muy activa en células tumorales.

☺ Centrómeros: mecanismo de segregación (de donde tira para separarlos el aparato mitótico).  Secuencias repetidas en tándem y sin genes.  Variantes histónicas: en vez de H3 tienen CENPA.

 (telómeros y centrómeros son tan importantes para la división como los orígenes de replicación). 

Heterocromatina facultativa o o

Se forma en varias regiones cromosómicas. Marca: H3K27me3 introducida por complejos Polycomb.

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Mecanismos de activación o inactivación de un gen de la heterocromatina facultativa:

Técnicas para conocer el estado de la cromatina en cada secuencia del genoma en los distintos tipos celulares: 

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Inmunoprecipitación de cromatina (ChIP). o Se utilizan anticuerpos para aislar una parte del DNA con un determinado componente –como una modificación histónica o una secuencia asociada a un factor o cofactor de transcripción-. Sobre ello se secuencia (secuenciación masiva y se asocia una secuencia a una expresión3C*: técnicas de captura de conformación cromosómica, para conocer la proximidad espacial de dos secuencias. o Se somete la cromatina a digestión. Se ligan los extremos de los trozos resultantes y después se secuencian. o Por secuencias topológicamente asociadas (TAD): me ayudo de una proteína para que interaccionen, corto y pego convenientemente y analizo lo cerca que estén:  Así puedo vislumbrar un genoma dividido en compartimentos: en dominios. La hipersensibilidad a la DNasa revela sitios accesibles sin proteger por nucleosomas o proteínas de unión a DNA.

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Grado en Bioquímica. Segundo Cuatrimestre. Asignatura de Biología. Biología celular. Curso 2018/2019. Tema III: Estructura de la cromatina. Natalia Caballero González APÉNDICE: Organización nuclear La cromatina es tridimensional y es importante la interacción entre secuencias reguladoras (enhancers) y promotores. Las técnicas 3C permiten estudiar esta conformación espacial. Vemos que, además, para acercar enhancers con promotores intervienen muchos factores y elementos, que forman lazos en la cromatina.  Dominio: zona en la que las secuencias interaccionan entre ellas –radio de interacción de entre 0,23·106 pb. o Subdominios: a partir de lazos en un mismo dominio. o Existen barreras (aisladores) que impiden la propagación de la heterocromatina.  Secuencias reconocidas por CTCF.  Genes de mantenimiento con promotores islas CpG.  TAD: zonas en las que se encuentran organizadas los dominios asociados topológicamente, pero independientes entre sí. Hay unos 9.000 en el genoma humano.

 ¿Quién forma un dominio o subdominio? Las proteínas arquitectónicas. o CTCF  11 dominios estructurales: dedos de zinc. Recorren secuencias específicas de unos 40pb.  Se unen a factores como cohesinas y otras proteínas estructurales –como las de la matriz nuclear o de las láminas nucleares-.  En vertebrados hay unos 60000 sitios de unión para CTFG.  50% entre los genes.  35% dentro de los genes.  15% cerca de los promotores. o Cohesinas

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Grado en Bioquímica. Segundo Cuatrimestre. Asignatura de Biología. Biología celular. Curso 2018/2019. Tema III: Estructura de la cromatina. Natalia Caballero González  Compartimentos (diferentes localizaciones, organizaciones y funciones):  Compartimento A  Parte central del núcleo  Dominios laxos y activos.  Compartimento B  Envoltura nuclear  Dominios asociados a la lámina nuclear (LADs): compactos e inactivos.m

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