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HORIZONTES. Paisajes futuros de la investigación
La cromatina. La función más allá de la estructura

1 de julio de 2009

La cromatina, aparte de organizar el material genético del núcleo, se está revelando como protagonista en la regulación de las tareas biológicas de la célula. Un grupo del Instituto de Biología Molecular de Barcelona (CSIC) estudia el papel de unos tipos especiales de cromatina en relación con la división y la diferenciación celular. A largo plazo, esta investigación podría facilitar el tratamiento de algunas enfermedades.

  

Inmunolocalización de modificaciones de la cromatina centromérica



Inmunolocalización en células S2 de Drosophila de la variante centromérica de la histona H3 (en verde). A. Células en interfase donde el ADN (en azul) no está condensado. B. Células en mitosis, donde el ADN está condensado.

 

Temas relacionados:

Describen un mecanismo clave en el proceso de formación de órganos

 

Enlaces externos:

Instituto de Biología Molecular de Barcelona (CSIC)

Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona (IRB Barcelona)

 

 

 

 

En los últimos tiempos, el estudio de la cromatina ha retomado interés en la esfera científica. Se ha puesto en evidencia que, más allá de un papel meramente estructural, este complejo de moléculas desarrolla un papel activo en la regulación de algunos procesos fundamentales de las células (eucariotas). El grupo Estructura y función de la cromatina del Instituto de Biología Molecular de Barcelona (CSIC) y del Instituto de Investigación en Biomedicina (IRB Barcelona) dirigido por Ferran Azorín, profesor de investigación del CSIC, centra la investigación en conocer mejor el papel de tipos especiales de cromatina -la heterocromatina y la cromatina del centrómero- en la regulación de la actividad de los genes y en la división celular.

Aparte del interés biológico que tiene este conocimiento en sí mismo, las mayores expectativas se sitúan alrededor de las posibles aplicaciones biomédicas, como pueden ser frenar el desarrollo de células cancerosas o programar las células madre para que regeneren un tejido dañado.

La cromatina

El papel de la cromatina en la organización del material genético es bien conocido. Su estructura es un complejo de ADN (el material genético), de histonas y de proteínas no histonas, que presenta diferentes niveles de empaquetamiento (nucleosomas, collar de perlas, etcétera). El grado máximo de compactación se logra, durante la división celular, con la estructura de los cromosomas. En este estado, las cadenas de ADN se compactan unas 10.000 veces.

La compactación de la cromatina, incluso cuando la célula no se está dividiendo, dificulta que el ADN se traduzca a proteínas para la ejecución de las diferentes funciones celulares. Generalmente, lo que pasa es que unas proteínas desempaquetan parcialmente un trozo de la cromatina haciendo que el ADN sea más accesible. Cuando se acaba la función que se ha activado (transcripción), la región de cromatina se vuelve a empaquetar.


Esto es cierto para un tipo de cromatina que se conoce con el nombre de eucromatina. Hay otras regiones de la cromatina que, en cambio, son compactas durante todo el ciclo celular y prácticamente nunca se transcriben. Estas regiones corresponden a unos tipos especiales de cromatina, como pueden ser la heterocromatina o la cromatina del centrómero, que hasta ahora no se sabía demasiado bien qué papel podían jugar.

Últimamente numerosos grupos de investigación, como el que dirige Ferran Azorín, están estudiando con detalle las características de estas cromatinas más desconocidas. Los resultados indican que las variantes o las modificaciones de sus histonas pueden ser determinantes para establecer las diferentes regiones de la cromatina y también para regular las tareas biológicas controladas por el ADN.

Las variantes de las histonas establecen las diferentes regiones de cromatina en la célula

 

Modificaciones de las histonas

Las histonas presentan algunas modificaciones habituales como acetilaciones, metilaciones de residuos arginina o lisina, fosforilaciones o ubiquitilaciones, entre otras. Desde hace un tiempo, se han empezado a asociar los diferentes tipos de modificaciones con las diversas funciones que se regulan. Así, la acetilación está relacionada con procesos de transcripción, de reparación, de replicación y de condensación del material genético; y la metilación de residuos de arginina se asocia exclusivamente a procesos de transcripción.


Las modificaciones que sufren las histonas permiten dos tipos de control dentro de la célula, uno a nivel global y otro a nivel local. Por un lado, indican el tipo de cromatina de una región y, por lo tanto, establecen las diferencias que determinan si una región es heterocromatina, eucromatina o cromatina del centrómero. Por el otro, especifican qué tareas biológicas se ejecutan en un momento dado, al permitir el acceso a unas u otras regiones de la eucromatina.

La información que contiene la cromatina es única, no se encuentra en el ADN y también es heredable

 

Ahora se empieza a ver que, más allá de los genes, la información que contiene la cromatina -en forma de modificaciones de histonas- es una información única, que no se encuentra en el ADN y que también es heredable. Es una información que está en un nivel superior respecto a la información genética (epigenética) y da instrucciones de cómo deben producirse los procesos celulares.

Epigenética durante el ciclo celular

En un nivel más concreto, la investigación en torno a la cromatina del centrómero, en la que participa el grupo que dirige Ferran Azorín, está ampliando la perspectiva con la que se estudia la división celular.
El centrómero es la estructura celular que controla el correcto funcionamiento de la división de las células. Se trata de una estructura cromosómica diferenciada que se encarga de organizar la maquinaria que debe separar los cromosomas que han de ir a cada célula hija.
Las alteraciones en el reparto de cromosomas (aneuploidia), debidas a un mal funcionamiento del centrómero, generalmente son nefastas para la célula. Además, la aneuploidia también se observa en casos de cáncer, de infertilidad y en algunos defectos de nacimiento.


Se ha visto que la cromatina del centrómero, en vez de contar con la típica histona H3 de la eucromatina, presenta una variante específica denominada CenH3. El hecho de que exista una variante propia de la cromatina a nivel de centrómero hace pensar que seguramente sea uno de los elementos que permitan reconocer en qué lugar hay un centrómero. Además, esta característica se ha conservado desde las levaduras hasta los humanos, a diferencia de las secuencias de ADN del centrómero que varían enormemente de una especie a otra. Esto indica que, en el caso de la división celular, las instrucciones no se sitúan en el nivel genético sino en un nivel epigenético.

El estudio de la cromatina del centrómero puede tener aplicación en el diseño de tratamientos para frenar el desarrollo de células cancerosas

 

 

Esta línea de investigación está ofreciendo un nuevo marco para estudiar el proceso vital de la división celular. A medida que se conozca con más detalle como se produce la regulación a nivel de la cromatina del centrómero, se podrán comprender mejor sus disfunciones. Por el momento, los resultados tienen interés dentro de la esfera científica pero se espera que, en un futuro no demasiado lejano, podrán traspasar sus paredes y ofrecer el conocimiento de base para el diseño de aplicaciones biomédicas.

 

 

 

Laura Valls
Unidad de comunicación científica.
Delegación del CSIC en Cataluña

 

PERFIL DEL GRUPO
  
Foto del grupo actual de Estructura y función de la cromatina (CSIC/IRB Barcelona)


Perfil del grupo
Mònica Torras Llort. Hizo la tesis en el Departamento de Fisiología de la Facultad de Farmacia en la Universidad de Barcelona. En 1999 pasó a formar parte del grupo de investigación del Dr. Fernando Azorín en el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (CSIC), como investigador post-doctoral, donde su trabajo estuvo asociado a dos proyectos diferentes, ambos relacionados con la regulación de la expresión génica. Durante los tres últimos años su investigación ha estado asociada al estudio de las propiedades de la cromatina centromérica y su contribución a la segregación cromosómica.

Ferran Azorín. Finalizó la tesis en el Departamento de Química Macromolecular de la Universidad Politécnica de Barcelona en 1979. Posteriormente, realizó una serie de estancias postdoctorales en el CSIC, en el European Molecular Biology Organisation y en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Boston en los Estados Unidos. Desde 1992 es Profesor de investigación del CSIC del Instituto de Biología Molecular de Barcelona y desde 2005 jefe de grupo de investigación del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona. Ha publicado cerca de un centenar de publicaciones en revistas científicas.

 

Otras líneas sugerentes del grupo...

 

  • Regulación epigenética de la función y estructura de la cromatina
  • Regulación epigenética de la expresión de genes homeóticos en Drosophila.