Nucleosoma

Qué es el nucleosoma

Cada nucleosoma reúne dos elementos. El primero es una hebra de ADN, casi rectilínea en su forma libre, que se curva sobre sí misma en un giro de aproximadamente 1,7 vueltas. El segundo es el octámero de histonas, un núcleo proteico compacto al que esa hebra se adhiere por atracción eléctrica: los fosfatos del ADN tienen carga negativa, las histonas son proteínas básicas cargadas positivamente. Observado al microscopio electrónico, tras someter la cromatina a una digestión parcial con nucleasas, el conjunto recuerda a un collar de cuentas. Las cuentas son los nucleosomas; el hilo, el ADN espaciador que conecta una unidad con la siguiente.

El nombre combina dos raíces clásicas. Nucleo- procede del latín nucleus, «pequeña nuez», término que la biología celular tomó prestado para nombrar el núcleo de la célula. -Soma viene del griego σῶμα (sôma), «cuerpo», sufijo habitual en citología para designar estructuras corpusculares menores, como en ribosoma o lisosoma. Nucleosoma significa, literalmente, «cuerpo del núcleo». El término no es antiguo: lo acuñó en 1975 el bioquímico francés Pierre Oudet, en un artículo firmado junto con Marc Gross-Bellard y Pierre Chambon que aportó pruebas bioquímicas y de microscopía electrónica de que la cromatina se organiza en unidades repetidas.

Composición molecular

El octámero de histonas se organiza en una arquitectura precisa: un tetrámero central formado por dos copias de la histona H3 y dos de la H4, flanqueado por dos dímeros de histonas H2A y H2B. Estas cuatro variedades se conocen como histonas centrales o nucleosómicas. Son proteínas extraordinariamente conservadas a lo largo de la evolución, hasta el punto de que la H4 humana y la de un guisante difieren en apenas dos aminoácidos.

Existe una quinta histona, la H1, que no forma parte del octámero. Se sitúa en el punto donde el ADN entra y sale del nucleosoma, y actúa a modo de pinza externa que estabiliza el conjunto. El complejo de un nucleosoma con su histona H1 asociada recibe a veces el nombre de cromatosoma, una unidad algo mayor que el nucleosoma estricto y de uso casi exclusivo en cristalografía.

Función en el empaquetamiento del ADN

El nucleosoma es solo el primer nivel de una jerarquía de plegamiento que termina en el cromosoma metafásico. La doble hélice desnuda, de 2 nm de diámetro, se enrolla primero sobre los octámeros de histonas, dando lugar a una sucesión de nucleosomas separados por tramos cortos de ADN espaciador: la llamada fibra de 10 nm. Esta se pliega a su vez, con ayuda de la histona H1, en una fibra de 30 nm. Los niveles superiores de compactación, bucles y condensaciones que solo se observan durante la división celular, completan el proceso.

El grado de empaquetamiento no es un dato neutro. La cromatina laxa, llamada eucromatina, resulta accesible a las enzimas de la transcripción. La muy compactada, la heterocromatina, mantiene los genes silenciados. Modificaciones químicas sobre las colas de las histonas (acetilación, metilación, fosforilación) alteran esa accesibilidad y constituyen buena parte de la base molecular de la regulación epigenética.

Descubrimiento

Hasta comienzos de la década de 1970 se sabía que la cromatina contenía ADN e histonas, pero no cómo se organizaban entre sí. En enero de 1974, Ada y Donald Olins publicaron en la revista Science imágenes de microscopía electrónica que mostraban la cromatina como una sucesión de partículas esféricas, a las que llamaron «cuerpos ν». Meses después, Roger Kornberg propuso en la misma revista un modelo estructural basado en experimentos de digestión con nucleasas y datos de difracción de rayos X: la cromatina, según ese modelo, estaba formada por unidades repetidas de ocho histonas y unos doscientos pares de bases de ADN.

Las dos líneas de evidencia, independientes entre sí, convergían. En 1975, Pierre Oudet dio a esa unidad el nombre que ha perdurado. La estructura completa a resolución atómica tardaría más de veinte años en llegar: Karolin Luger y Timothy Richmond la resolvieron en 1997 mediante cristalografía de rayos X a 2,8 Å, en un trabajo que se ha convertido en referencia obligada de la biología molecular.

Diferenciación con la cromatina y el cromosoma

Cromatina. Designa el conjunto de ADN y proteínas asociadas dentro del núcleo, incluidas las histonas, sus variantes y las proteínas no histónicas. El nucleosoma es su unidad mínima repetitiva. La cromatina existe en cualquier fase del ciclo celular, no solo durante la división.

El cromosoma es el nivel máximo de compactación de esa misma cromatina, visible como estructura discreta durante la metafase. Cada cromosoma humano contiene varios millones de nucleosomas plegados sobre sí mismos. La diferencia entre cromatina y cromosoma es, sobre todo, una diferencia de grado, no de composición química.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra «nucleosoma»?

Es una construcción híbrida grecolatina del siglo XX. Nucleo- procede del latín nucleus, «pequeña nuez», adoptado por la anatomía para el núcleo celular. -Soma viene del griego σῶμα, «cuerpo». Lo acuñó Pierre Oudet en 1975.

¿Cuántos pares de bases de ADN contiene un nucleosoma?

En torno a 146, enrollados sobre el octámero de histonas. A esa cifra se suma el ADN espaciador que conecta nucleosomas vecinos, de longitud variable según el tipo celular. La unidad de repetición completa suele rondar los 200 pares de bases.

¿Quién descubrió el nucleosoma?

No hubo un único autor. Ada y Donald Olins lo visualizaron por microscopía electrónica a comienzos de 1974. Roger Kornberg propuso, casi al mismo tiempo, el modelo bioquímico que explicaba esas imágenes. Pierre Oudet le dio nombre en 1975. Kornberg recibiría en 2006 el Premio Nobel de Química, aunque por un trabajo posterior sobre la transcripción.

¿Qué es el cromatosoma?

El nucleosoma más la histona H1 que estabiliza su entrada y salida de ADN. No es una unidad independiente, sino una variante más completa del propio nucleosoma. El término apenas se usa fuera de la cristalografía.

¿El nucleosoma impide que se lea el ADN?

No de forma permanente. El ADN puede separarse temporalmente del octámero cuando la maquinaria celular necesita acceder a él, como ocurre en la replicación o en la transcripción. La afinidad entre ambos se regula mediante modificaciones químicas sobre las histonas.

Referencias

1. National Human Genome Research Institute (NIH). Nucleosoma. Glosario de términos genómicos y genéticos.
2. Kornberg RD. Chromatin structure: a repeating unit of histones and DNA. Science. 1974;184(4139):868-871.
3. Luger K, Mäder AW, Richmond RK, Sargent DF, Richmond TJ. Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 Å resolution. Nature. 1997;389:251-260.
4. Simpson B, Tupper C, Al Aboud NM. Genetics, DNA Packaging. StatPearls Publishing (NCBI Bookshelf).