CROMATINA

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CROMATINA

• Estructura y función

2
Cromatina estructura y función

• Primera clase
• "Cromosomas" virales, bacterianos y eucariotas
• Cromatina
• Niveles de compactado
• Nucleosoma,
• Fibras, Cromosomas en interfase y mitosis

• Segunda clase
• Procesos celulares en el contexto de la
  cromatina
• Replicación
• Regulación de la expresión génica

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En eucariotas, procariotas y virus ADN
asociado a proteínas
EL ADN CABE DENTRO DE LA CÉLULA
ADN PROTEGIDO DE LESIONES MÁS ESTABLE
4
EUCARIOTAS, PROCARIOTAS, VIRUS ADN CONDENSADO
POR ASOCIACIÓN CON PROTEÍNAS


ADN de ØX174
Cromosomas eucarióticos en mitosis
Bacteria lisada ADN compacto
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EN VIRUS ADN o ARN condensado dentro de las
partículas virales por interacciones
inespecíficas con proteínas de la cápside
VMT ARN en hélice dentro de la cápside
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CROMOSOMA PROCARIÓTICO

• Cromosomas circulares
• Cromosomas lineales
• Ambos (ej. Agrobacterium tumefaciens)

LISIS
E.coli
Lisis fibras en forma de bucles unidas a la
envoltura rota de la célula
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HLP1.
CROMOSOMA PROCARIÓTICO

• Dominios en bucles de 40 kb aprox. de ADN
  superenrrollado asociado a proteínas básicas
• No se sabe cómo se mantienen unidos en su base
• Cada dominio es independiente de los otros

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(No Transcript)
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CROMOSOMA EUCARIÓTICO - CROMATINA
DIFERENTES NIVELES DE COMPACTADO
6 veces compactado 40 veces compactado gt 1000
veces compactado gt 10000 veces compactado
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CROMATINA - NUCLEOSOMAS
Suspension de nucleos a baja fuerza ionica lisis
y liberación de fibras de cromatina de 30 nm
FIBRA DE 30 nm
fuerza iónica
FIBRA DE 10 nm  collar de perlas 
Nucleasa microcóccica
11
805
605
405
205
Digestión suave con nucleasa microcóccica se
obtienen múltiplos de una determinada unidad de
longitud Repetición nucleosomal
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• Tratamiento más drástico con nucleasa
• microcóccica
• Se liberan mononucleosomas
• Se liberan nucleosomas recortados
• Se liberan cores de histonas

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• PARTÍCULA NUCLEOSÓMICA CENTRAL
• 146 pb de ADN enrollados alrededor de la
  PARTÍCULA NUCLEOSÓMICA CENTRAL o CORE de histonas
  (2 vueltas)
• Tetrámero de H3 y H4
• 2 dímeros de H2A y H2B

OCTÁMERO
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• NUCLEOSOMA
• 146 pb ADN enrollados en el core
• ADN ligador de largo variable
• Histona H1

EN PROMEDIO
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EN LA CROMATINA HAY OTRAS PROTEINAS HMGs,
protaminas, y todas las enzimas necesarias para
la duplicación, transcripción, etc. del ADN.
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• HISTONAS DEL CENTRALES o del CORE
• - Proteínas pequeñas (11- 15 Kda)
• Muy conservadas - RELEVANCIA
• Alta carga (ricas en Lys y Arg)
• - Dominio pliegue histónico - 3 hélices-?
  separadas por asas cortas no estructuradas
• - Colas N-terminales IMPORTANTES!!

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(No Transcript)
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Cómo se arma un nucleosoma? Las histonas se
asocian de manera ORDENADA para formar un
nucleosoma

• Se forman heterodímeros H3-H4
• Se forma tetrámero H3 - H4
• Unión al ADN
• Dos dímeros H2A-H2B son reclutados

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ESTRUCTURA ATÓMICA DEL NUCLEOSOMA A ALTA
RESOLUCIÓN

• Tetrámero se une a 60 pb centrales de los 146
• Dímeros H2A-H2B a 30 pb a cada lado de esos 60 pb
• Hélice N-ter de cada H3 contactan 13 pb en cada
  extremo del ADN

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INTERACCIONES ADN-histonas

• 14 sitios de contacto diferentes, uno por cada
  vez que el surco menor del ADN está frente al
  octámero de histonas
• 142 puentes de hidrógeno (entre a.a. y O del
  enlace fosfodiéster cerca del surco menor)
• enlaces por cargas de histonas y del ADN
• (INTERACCIONES INESPECÍFICAS)

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Colas N-terminales de histonas del core dirigen
el enroscado del ADN en sentido levógiro
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Cómo se disponen los nucleosomas en la fibra de
10 nm?

• 2 factores favorecen la ubicación de un
  nucleosoma
• Facilidad para que se curve la doble hélice
  secuencias ricas en AT en surco menor
• Presencia de proteínas no histonas unidas al ADN
  con gran afinidad

- Longitud variable en el genoma -
Posicionamiento dinámico
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Fibra de 30 nm
Una vez que se forman los nucleosomas, la fibra
de 10 nm se condensa en el siguiente nivel de
compactado
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2 modelos para la fibra de 30 nm
SOLENOIDE
ZIGZAG
ADN ligador
ADN ligador
INTERVIENEN - H1
- Colas N-terminales de las histonas del core
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Histona H1 o ligadora

• Proteína pequeña un poco más grande que las del
  core
• Secuencia menos conservada
• Estructura típica

Dónde se ubica en el nucleosoma?
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Al aumentar la concentración salina en presencia
de histona H1 se forma una fibra de 30 nm
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Las colas N-terminales de las histonas
intervienen en la formación de la fibra de 30 nm
Recordar Las colas de las histonas son blanco
de modificaciones post-traduccionales
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Compactado en la fibra de 30 nm, un cromosoma
humano aún mediría 0.1 cm 10 veces más grande
que el núcleo celular!!
Niveles de mayor compactado (?) que varían en el
ciclo celular en respuesta a señales del ciclo
celular
Cromatina saliendo de un núcleo lisado en
interfase
Cromosoma mitótico
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CROMATINA EN INTERFASE
La cromatina es una estructura fluida y
dinámica en la que se deben "exponer" las
secuencias de ADN para que se den los diferentes
procesos celulares.
Estructura de cromosomas en interfase
cromosomas plumosos, cromosomas politénicos
2 formas de cromatina en interfase
EUCROMATINA y HETEROCROMATINA
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CROMOSOMAS ESPECIALES EN INTERFASE
CROMOSOMAS PLUMOSOS (lampbrush) Cromosomas
apareados en premeiosis en oocitos inmaduros de
anfibios CROMOSOMAS GIGANTES
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CROMOSOMAS POLITENICOS Cromosomas de larvas de
insectos múltiples ciclos de síntesis de ADN sin
división celular Los cromosomas homólogos se
mantienen unidos, paralelos

• 5000 bandas e interbandas
• 3 a 30 kb 0.005 a 0.0005 µm
• - Interbandas 5 genoma
• Bandas gt condensación cromatina y/o gt contenido
  de proteínas
• Patrón reconocible
• Genes en interbandas se expresan más

D. melanogaster
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CROMOSOMAS POLITENICOS
Tiempo
MAS ADELANTE VEREMOS LOS MECANISMOS IMPLICADOS EN
ESTA APERTURA DE LA CROMATINA
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ANILLOS DE BALBIANI (Chironomus tentans)
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LO QUE OCURRE EN CROMOSOMAS PLUMOSOS Y
POLITENICOS EN CUANTO A PODRIA SER LO QUE OCURRE
EN TODOS LOS CROMOSOMAS EN INTERFASE
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EUCROMATINA Y HETEROCROMATINA
En la cromatina se distinguen zonas más y menos
densas
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• EUCROMATINA
• Estructura menos condensada, compuesta mayormente
  de fibra de 30 nm
• HETEROCROMATINA
• Forma altamente condensada
• Incluye proteínas adicionales
• Genes no expresados (silenciados) en la mayoría
  de los casos repetidos (tandems) de secuencias
  cortas
• Mantenimiento de telómeros y centrómeros de
  cromosomas

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TELÓMERO -Secuencias cortas repetidas Ej.
5TTAGGG 3 (humano) - Gran parte monocatenario
(3) formando una estructura especial, resistente
a nucleasas
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Estructura especial de la cromatina -
desacetilada - asociada a proteínas especiales
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• CENTRÓMERO
• - Resistencia en la mitosis unión a huso durante
  la mitosis a través del cinetocoro
• - Diferente largo en los diferentes organismos
• Ej. levadura 125 pb
• humano varios miles de Kb
• - Secuencias repetidas no características-
  satélites ?
• Histonas desacetiladas, metiladas
• Histonas especiales ej CENP-A, variante de H3
• (N-terminal con extensión unión a cinetocoro?)
• -Docenas de proteínas asociadas

40
(No Transcript)
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CROMOSOMAS EN MITOSIS
- Nivel máximo de compactado los cromosomas se
observan como cuerpos bien definidos
- Asociados a diferentes complejos de proteínas.
si se extraen las histonas, se observa en
microscopio electrónico bucles de ADN unidos a un
andamiaje nuclear (40-90 kb 10-30 nm)
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Proteínas de andamiaje nuclear - topoisomerasa
II en base de los lazos control en replicacion
y transcripción? - SMCs Structural maintenance
of chromosomes
SMCs - COHESINAS - CONDENSINAS ( ATP
formación de bucles) Formación de complejos en
forma de anillos
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ORGANIZACIÓN DE LOS CROMOSOMAS BANDEADO DE
PROTEÍNAS G Bandas G bajo contenido de GC Bandas
R alto contenido de GC genes
transcriptos Organización mantenida en la
evolución IMPORTANTE
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La cromatina es una estructura dinámicaporciones
de ésta se descompactan para que tengan lugar los
distintos procesos celulares - Replicación -
Regulación de la expresión génica
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REPLICACIÓN
En el sitio de replicación la fibra de 30 nm se
desorganiza. Inmediatamente después de la
replicación el ADN se asocia a nucleosomas.
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• Nuevos nucleosomas 2 posibilidades
• los nucleosomas viejos se desarman y sus histonas
  nuevas histonas forman nuevos nucleosomas
• Los cores viejos se mantienen

• Experimento Sobrecruzamiento de histonas
• Células crecen en presencia de a. a. PESADOS
• Replicación en presencia de a.a. livianos
  histonas nuevas son livianas
• Se forman octámeros
• Purificación de nucleosomas y fraccionamiento en
  gradiente de densidad

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histonas sintetizadas de novo (livianas)
nucleosoma parental
A) Se conservan los octámeros
B) Se forman octámeros nuevos (mezcla de histonas)
B) gradiente de densidades
A) dos densidades
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In vivo el ensamblaje de los nucleosomas no es un
proceso espontáneo. Se requieren chaperonas
histónicas (ej. CAF-I, RCAF)
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CROMATINA Y TRANSCRIPCIÓN
POSICIONAMIENTO DE NUCLEOSOMAS A veces es un
estorbo, a veces una ventaja depende de dónde
queden los sitios de unión de factores
transcripcionales Si quedan escondidos, la
cromatina deberá ser modificada para que los
factores de transcripción puedan actuar.
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POSICIONAMIENTO DE LOS NUCLEOSOMAS
POSICIONAMIENTO EXTRÍNSECO El primer nucleosoma
se posiciona en un determinado lugar, por
secuencia o por proteína unida al ADN. El resto
determinado por el primero
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PROMOTORES PREPOSICIONADOS - Sitios de unión
de factores de transcripción expuestos sobre el
nucleosoma o en ADN ligador - Genes constitutivos
suelen ser de este tipo Ej. Promotor del gen
hsp26 de D. melanogaster (respuesta al shock
térmico)
(A)
pol II
HSE
HSE
GAGA
GAGA
TATA
transcripción
(B)
TFIID
pol II
HSTF
interacción
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Qué pasa si los sitios de unión de factores de
transcripción en un promotor NO están accesibles?

• Modificaciones de la estructura de la cromatina
  asociados a transcripción se han observado in
  vitro e in vivo
• Esas modificaciones, son necesarias para la
  transcripción o son consecuencia de la misma?
• Se ha demostrado que en algunos promotores el
  remodelado de la cromatina puede tener lugar
  aún en ausencia de transcripción

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EJEMPLO Promotor de PHO5 de S. cerevisiae

-2
-1

TATA
PHO2
a
b
carencia de fosfato
PHO4
PHO2
transcripción

TBP
pol II
TATA
PHO2
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PERO.... Cómo se remodela la cromatina?

• COMPLEJOS REMODELADORES DE LA CROMATINA
  ATP-dependientes
• MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES DE LAS HISTONAS

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B)
A)
SWI/SNF
TBP
TATA
TATA
TBP
SWI/SNF
transcripción
SWI/SNF
TBP
TATA
TATA
transcripción
SWI/SNF
TBP
TATA
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MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES DE LAS
HISTONAS DEL CORE

• Lisinas y Serinas de histonas del core sufren
  acetilación, metilación, fosforilación,
  ubiquitinación....
• - Mutaciones causan alteraciones de la expresión
• Ej. H4 dominio R (aa 17 a 29) implicado en
  represión
• dominio A (aa 1 a 16)
  implicado en activación
• Modo de acción
• 1) modificación de la interacción con ADN
  (carga)
• 2) Lugares de unión para proteínas

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Código de histonas
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SWI/SNF
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DESACETILACIÓN DE HISTONAS

• Grandes complejos proteicos
• Reclutados a determinados promotores por
  represores específicos

1) Ume6 se una a promotor interacción con
Sin3 2) Sin3 es parte de complejo con RPD3 (HDAC)
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COMPLEJOS DE ACCIÓN REPRESIVA - SILENCIAMIENTO
Complejos de proteínas que establecen estructuras
muy organizadas de la cromatina (de tipo de
heterocromatina) Ej. telómeros de S. cerevisiae

• Rap1 se une a telómeros
• Rap1 recluta Sirs
• Interacción con histonas hipoacetiladas
• Sirs se agregan

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• Las figuras de esta presentación han sido
  extraídas de
• - Lewin, B. 2004. Genes VIII. Pearson
  Prentice-Hall.
• Watson, J.D. et al. 2004. Molecular Biology of
  the Gene. 5ª ed. Pearson Benjamin-Cummings.
• Lodish, H. et al. 1999. Molecular Cell Biology.
  4a ed. W.H. Freeman Co.
• Alberts, B. et. al. 2002. Molecular Biology of
  the Cell. 4a ed. Garland Publishers
• Travers, A. (1999) The location of linker
  histone in the nucleosome
• TIBS 24 4.
• Thoma, F. Koller. T.H. and Klug A. (1979)
  Involvement of the histone H1 in the
  organization of the nucleosome and of the
  salt-dependent superstructures of chromatin.
• J. Cell. Biol. 83 403