Nucleossomo: funções, composição e estrutura - Ciência - 2023

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o nucleossomo é a unidade básica de embalagem de DNA em organismos eucarióticos. É, portanto, o menor elemento de compressão da cromatina.

O nucleossomo é construído como um octâmero de proteínas chamadas histonas, ou uma estrutura em forma de tambor na qual cerca de 140 nt de DNA são enrolados, fazendo quase duas voltas completas.

Além disso, um adicional de 40-80 nt de DNA é considerado parte do nucleossomo, e é a fração do DNA que permite a continuidade física entre um nucleossomo e outro em estruturas de cromatina mais complexas (como a fibra de cromatina de 30 nm).

O código da histona foi um dos primeiros elementos de controle epigenético mais bem compreendidos molecularmente.

Características

Os nucleossomos permitem:

Embalagem de DNA para caber no espaço limitado do núcleo.
Eles determinam a partição entre a cromatina que é expressa (eucromatina) e a cromatina silenciosa (heterocromatina).
Eles organizam toda a cromatina tanto espacial quanto funcionalmente no núcleo.
Eles representam o substrato das modificações covalentes que determinam a expressão, e o nível de expressão, dos genes que codificam proteínas por meio do chamado código de histonas.

Composição e estrutura

Em seu sentido mais básico, os nucleossomos são compostos de DNA e proteínas. O DNA pode ser virtualmente qualquer DNA de banda dupla presente no núcleo da célula eucariótica, enquanto as proteínas nucleossômicas pertencem ao conjunto de proteínas chamadas histonas.

Histonas são pequenas proteínas com uma alta carga de resíduos de aminoácidos básicos; Isso torna possível neutralizar a alta carga negativa do DNA e estabelecer uma interação física eficiente entre as duas moléculas sem atingir a rigidez da ligação química covalente.

As histonas formam um octâmero semelhante a um tambor com duas cópias ou monômeros de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4. O DNA faz quase duas voltas completas nas laterais do octâmero e então continua com uma fração do DNA ligante que se associa à histona H1, para retornar para dar duas voltas completas em outro octâmero de histona.

O conjunto de octâmero, o DNA associado e seu DNA ligante correspondente, é um nucleossomo.

Compactação da cromatina

O DNA genômico é formado por moléculas extremamente longas (mais de um metro no caso dos humanos, considerando todos os seus cromossomos), que devem ser compactadas e organizadas em um núcleo extremamente pequeno.

A primeira etapa dessa compactação é realizada por meio da formação dos nucleossomos. Somente com essa etapa, o DNA é compactado cerca de 75 vezes.

Isso dá origem a uma fibra linear a partir da qual os níveis subsequentes de compactação da cromatina são construídos: a fibra de 30 nm, os loops e os loops de loops.

Quando uma célula se divide, seja por mitose ou meiose, o grau máximo de compactação é o próprio cromossomo mitótico ou meiótico, respectivamente.

O código da histona e a expressão do gene

O fato de os octâmeros das histonas e o DNA interagirem eletrostaticamente explica em parte sua associação efetiva, sem perder a fluidez necessária para tornar os nucleossomos elementos dinâmicos de compactação e descompactação da cromatina.

Mas há um elemento de interação ainda mais surpreendente: as extremidades N-terminais das histonas são expostas fora do interior do octâmero mais compacto e inerte.

Essas extremidades não apenas interagem fisicamente com o DNA, mas também sofrem uma série de modificações covalentes das quais dependerá o grau de compactação da cromatina e a expressão do DNA associado.

O conjunto de modificações covalentes, em termos de tipo e número, entre outras coisas, é conhecido coletivamente como o código das histonas. Essas modificações incluem fosforilação, metilação, acetilação, ubiquitinação e sumoilação de resíduos de arginina e lisina nos terminais N das histonas.

Cada alteração, em conjunto com outras dentro da mesma molécula ou em resíduos de outras histonas, em particular das histonas H3, determinará a expressão ou não do DNA associado, bem como o grau de compactação da cromatina.

Como regra geral, foi visto, por exemplo, que histonas hipermetiladas e hipoacetiladas determinam que o DNA associado não é expresso e que a cromatina está presente em um estado mais compacto (heterocromático e, portanto, inativo).

Em contraste, o DNA eucromático (menos compacto e geneticamente ativo) está associado a uma cromatina cujas histonas são hiperacetiladas e hipometiladas.

Eucromatina vs heterocromatina

Já vimos que o estado de modificação covalente das histonas pode determinar o grau de expressão e compactação da cromatina local.Em níveis globais, a compactação da cromatina também está sendo regulada por modificações covalentes de histonas nos nucleossomos.

Foi demonstrado, por exemplo, que a heterocromatina constitutiva (que nunca é expressa e é densamente compactada) tende a aderir à lâmina nuclear, deixando os poros nucleares livres.

Por sua vez, a eucromatina constitutiva (que sempre se expressa, como aquela que inclui genes de manutenção celular e está localizada em regiões de cromatina frouxa), o faz em grandes voltas que expõem o DNA a ser transcrito ao maquinário de transcrição .

Outras regiões do DNA genômico oscilam entre esses dois estados dependendo do tempo de desenvolvimento do organismo, das condições de crescimento, da identidade celular, etc.

Outras funções

Para cumprir seu plano de desenvolvimento, expressão e manutenção celular, os genomas dos organismos eucarióticos devem regular com precisão quando e como suas potencialidades genéticas devem se manifestar.

A partir das informações armazenadas em seus genes, estes se localizam no núcleo em regiões particulares que determinam seu estado transcricional.

Podemos dizer, portanto, que outra das funções fundamentais dos nucleossomos, através das mudanças na cromatina que ajuda a definir, é a organização ou arquitetura do núcleo que os abriga.

Esta arquitetura é herdada e conservada filogeneticamente graças à existência desses elementos modulares de embalagens informativas.

Referências

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