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¿Hay histonas presentes en el citoplasma?


En este artículo, los autores redujeron los heterodímeros de histonas centrales H3-H4 al 90% del citoplasma de Xenopus ovocitos. Afirman que su concentración es del orden de 6 uM.

Mi pregunta es, ¿se encuentran histonas en el citoplasma además de la ubicación del núcleo? (ignorando los nuevos sintetizados), y si es así, ¿hay alguna función conocida?


En la embriogénesis temprana, la división celular llamada escisión ocurre cada 30 minutos y no hay actividad transcripcional. Los ovocitos han acumulado importantes transcripciones de genes y sintetizan las proteínas en los momentos adecuados. Sin embargo, la histona es una de las proteínas más abundantes y sería difícil suministrar suficientes proteínas histonas durante la embriogénesis temprana, mientras que los ovocitos traducen otras transcripciones de genes que regulan la diferenciación.

Esta es mi especulación, pero el artículo llama a las histonas citosólicas "reserva". Por si acaso, no quiero decir que niego algunas otras funciones de las histonas en el citosol, si las hay.


Citoplasma

En biología celular, el citoplasma es todo el material dentro de una célula, encerrado por la membrana celular, excepto el núcleo celular. El material dentro del núcleo y contenido dentro de la membrana nuclear se denomina nucleoplasma. Los componentes principales del citoplasma son el citosol (una sustancia similar a un gel), los orgánulos (las subestructuras internas de la célula) y varias inclusiones citoplasmáticas. El citoplasma es aproximadamente un 80% de agua y generalmente es incoloro. [1]

La sustancia submicroscópica de células trituradas o matriz citoplasmática que permanece después de la exclusión de los orgánulos y partículas celulares es el plasma triturado. Es el hialoplasma de microscopía óptica, un sistema polifásico altamente complejo en el que se suspenden todos los elementos citoplasmáticos que se pueden resolver, incluidos los orgánulos más grandes, como los ribosomas, las mitocondrias, los plástidos de las plantas, las gotitas de lípidos y las vacuolas.

La mayoría de las actividades celulares tienen lugar dentro del citoplasma, como muchas vías metabólicas, incluida la glucólisis, y procesos como la división celular. El área interna concentrada se llama endoplasma y la capa externa se llama corteza celular o ectoplasma.

El movimiento de iones de calcio dentro y fuera del citoplasma es una actividad de señalización para los procesos metabólicos. [2]

En las plantas, el movimiento del citoplasma alrededor de las vacuolas se conoce como flujo citoplasmático.


El citoplasma es una mezcla heterogénea de gránulos opacos y compuestos orgánicos. Esta combinación de estos dos componentes le da la naturaleza coloidal para suspender los orgánulos en el líquido del citoplasma en una célula.

El citoplasma contiene muchas formas y tamaños diferentes de partículas y las mantiene en su lugar en la célula. El citoplasma contiene proteínas que son de un 20 a un 25 por ciento solubles, y esto incluye enzimas. Los carbohidratos, lípidos y sales inorgánicas son partículas en el citoplasma.

La capa más externa del citoplasma, el plasmogel, puede absorber agua o eliminarla, y se basa en la necesidad de líquido de las células. A esto se le llama célula protectora de los estomas en las hojas de las plantas.

La composición química del citoplasma es 90 por ciento de agua y 10 por ciento de compuestos orgánicos e inorgánicos que varían en proporciones.


División celular: una nueva técnica revela el papel de las histonas

Las proteínas conocidas como histonas dan estructura al ADN, que se enrolla alrededor de ellas como una cuerda en carretes. Pero como suele ser el caso en biología, resulta que hay más en estas estructuras de lo que parece. Los científicos ya saben que las histonas juegan un papel en el control de la expresión de los genes y, más recientemente, han acumulado evidencia de que ciertos aspectos de la división celular dependen de estas proteínas. Pero esta última sospecha ha resultado difícil de probar.

Ahora, una nueva técnica desarrollada en la Universidad Rockefeller en el Laboratorio de Biología Celular y Cromosómica de Hironori Funabiki permite a los investigadores examinar el papel de las histonas en procesos cruciales de división celular que giran en torno al ADN, como la segregación de cromosomas y la construcción del núcleo celular.

"La manipulación de los genes que codifican las histonas, el enfoque típico para este tipo de investigación, generalmente causa cambios masivos dentro de la célula. Pero debido a que las propias histonas regulan la expresión génica, las razones de estos cambios son casi imposibles de interpretar", dice Funabiki. . "Hemos abordado este problema desarrollando una nueva forma de estudiar las histonas que elude este problema, y ​​lo hemos utilizado para explorar el papel de estas proteínas en la organización de estructuras a gran escala basadas en el ADN dentro de la célula".

Las histonas sin ADN son como un manual de instrucciones sin palabras, por lo que estos experimentos, dirigidos por el investigador asociado Christian Zierhut, se centraron en los dos juntos, que forman estructuras conocidas como nucleosomas. Su trabajo reveló que los nucleosomas deben estar presentes para que se forme el huso mitótico, la máquina celular responsable de dividir los cromosomas durante la división celular. Además, los nucleosomas resultaron necesarios para algunos aspectos clave en la formación de la envoltura nuclear que acordona el centro de control de la célula.

Para experimentar con histonas, Zierhut y sus colegas recurrieron a huevos de rana, un sistema modelo ideal para estudios de división celular. Los científicos saben desde hace mucho tiempo que es posible purificar el líquido, o citosol, desde el interior de los huevos y luego, al agregar ADN, inducir casi todos los eventos en el ciclo de vida de una célula. Debido a que estos eventos se desarrollan fuera de la celda, son mucho más accesibles. Además, los huevos son transcripcionalmente silenciosos, lo que significa que no se expresan genes. Como resultado, los investigadores no tuvieron que lidiar con efectos secundarios confusos. Sin embargo, estos huevos contienen grandes cantidades de histonas, lo que hace que la manipulación de histonas sea una tarea abrumadora.

"Así como manipular genes de histonas no es un enfoque realista, tampoco lo es deshacerse de ellos por completo, porque las histonas, como el ADN, son esenciales para la viabilidad. Este ha sido un obstáculo importante para la investigación de histonas, y uno que logramos superar", Zierhut dice. "Encontramos una manera de generar un extracto de huevo libre de histonas esenciales, un logro que alguna vez se pensó que no era posible".

Al interferir así con la formación de nucleosomas en el extracto, los investigadores pudieron probar lo que sucedió cuando agregaron ADN desnudo o nucleosomas con histonas alteradas.

En experimentos descritos en la edición de julio de Biología molecular estructural de la naturaleza, agregaron ADN solo al extracto de huevo de rana y vieron que no se formaban los husos mitóticos que impulsan la división celular. Pero cuando agregaron nucleosomas, se formaron los husos. Utilizando experimentos similares, los investigadores examinaron el papel de las histonas en otros aspectos de este proceso, con resultados mixtos. Descubrieron que las proteínas de membrana, importantes para la formación del núcleo en las células hijas, eran atraídas por el ADN desnudo. Sin embargo, las histonas resultaron necesarias para la formación de una estructura de soporte llamada lámina. Los experimentos también mostraron un papel importante para ellos en la formación de complejos de poros nucleares, que actúan como puertas selectivas dentro y fuera del núcleo. En este caso, las histonas parecen ayudar a iniciar el proceso al reclutar otras dos moléculas, RCC1 y ELYS.

"El requisito de la presencia de histonas puede ayudar al control celular donde se forman el huso mitótico y la envoltura nuclear", dice Funabiki. "Esto es particularmente importante para las células grandes que necesitan asegurarse de que están formando estas estructuras en el lugar correcto, en o alrededor de sus propios cromosomas que contienen histonas. Sin este requisito, las células pueden correr el riesgo de establecer una envoltura nuclear alrededor del ADN viral, por por ejemplo, o formando poros nucleares en otras estructuras de la membrana intracelular que no están conectadas al ADN. De esta manera, la célula asegura que solo el conjunto correcto de instrucciones genéticas pueda ser preservado, accedido y propagado durante generaciones ".


DISCUSIÓN

Este estudio muestra que las histonas y nucleosomas aparecen en lisados ​​celulares de linfoblastos activados durante la apoptosis temprana. Nuestros resultados muestran diferentes patrones de acumulación para las histonas del nucleosoma (H2A, H2B, H3 y H4) en contraposición a la histona H1 de la región enlazadora entre los nucleosomas, destacando la especificidad de este fenómeno. La apoptosis temprana detectada por tinción AxV / PI se correlacionó significativamente con la acumulación de histonas H2A, H2B, H3 y H4 en los lisados ​​celulares, pero no con H1.

Debido a que H2A, H2B, H3 y H4 forman la estructura central del nucleosoma y están unidos al ADN, normalmente son insolubles en detergentes no iónicos como Triton X-100. En consecuencia, su detección en lisados ​​de células apoptóticas preparados en tampón que contiene detergente indica que han sido liberados o separados de la cromatina en forma de nucleosomas escindidos o como histonas libres. Es probable que todas las bandas de histonas detectadas representen histonas / nucleosomas citoplásmicos porque las condiciones de lisis no solubilizarían el material nuclear intacto, que por lo tanto estaría presente en el sedimento en lugar de en el sobrenadante después de la centrifugación de los lisados. Esto está respaldado además por las diferentes cinéticas de las diversas histonas que aparecen en los lisados ​​celulares, especialmente después de una inducción más fuerte de apoptosis con etopósido o exposición a la luz ultravioleta. Además, los lisados ​​celulares de PBMC solo contenían cantidades muy bajas de histonas. Es importante señalar que la membrana nuclear y los complejos de poros nucleares permanecen intactos la mayor parte del tiempo durante la apoptosis, aunque la lámina nuclear está solubilizada. 4 Pero no podemos excluir completamente la posibilidad de que la membrana nuclear se rompa durante la lisis celular usando detergentes, especialmente en células apoptóticas. Sin embargo, encontramos un patrón de liberación diferente del enlazador H1 frente a las histonas centrales durante la fase de apoptosis temprana. Por tanto, parece poco probable que las histonas se difundan de forma inespecífica a través de una membrana rota en el citoplasma. Si lo hicieran, esperaríamos un aumento similar de todas las histonas en los lisados ​​celulares, que no es el caso. Estos hallazgos apoyan la opinión de que la aparición de histonas en los lisados ​​celulares no se atribuye a la degradación de la membrana nuclear artificial.

El aumento de histonas en los lisados ​​celulares no se vio afectado por el bloqueo de la neosíntesis de proteínas, lo que respalda el concepto de que las histonas sí derivan del núcleo y no se han neosintetizado en el citoplasma. Las histonas y nucleosomas pueden exportarse activamente o difundirse pasivamente a través de los poros nucleares, pero esto se desconoce hasta la fecha.

También detectamos nucleosomas completos en lisados ​​celulares de linfoblastos activados en todo momento después de la retirada de IL2. Esto implica que el ADN está presente en el citoplasma porque usamos un anticuerpo específico contra el ADN para la detección de nucleosomas. El patrón de las cantidades de nucleosomas fue similar, pero no idéntico, al esquema de acumulación de histonas nucleosómicas en los lisados ​​celulares. La incubación continua de linfoblastos en medio que contenía IL2 evitó un aumento del contenido de histonas en los lisados ​​celulares, mientras que los nucleosomas se detectaron en cantidades mayores que en t0. Esta contradicción teórica podría explicarse por las diferencias en las características de liberación de los nucleosomas frente a las histonas entre las células apoptóticas tempranas y tardías. Después de la privación de IL2, encontramos diferentes patrones de acumulación en lisados ​​celulares para cada clase de histonas. Esto fue mucho más sorprendente después de la exposición de los linfoblastos a la luz UV-B o el tratamiento con etopósido. Se encontró un aumento de 10 a 20 veces (en comparación con t0) de las histonas H3 o H4 en los lisados ​​celulares, que fue mucho menos evidente para H2A y H2B. Debido a esta apariencia desequilibrada de las diferentes clases de histonas, podemos concluir que los nucleosomas en los lisados ​​celulares no pueden ser la única fuente de las histonas detectadas, y que las histonas no complejas pueden acumularse en el citoplasma proveniente del núcleo durante la apoptosis temprana. Este punto de vista está respaldado por la observación de que los nucleosomas se deshacen durante la apoptosis liberando histonas "libres" y partículas de ADN. 25 Además, el ensamblaje normal de nucleosomas puede inhibirse en estas primeras fases de la apoptosis, lo que resulta en la acumulación de histonas libres. Alternativamente, H2A y H2B pueden degradarse más eficazmente en el citoplasma o secretarse de las células que H3 y H4. Pero esta posibilidad no está corroborada por ningún dato reportado, y no encontramos productos de degradación de histonas en nuestros lisados ​​celulares.

Recientemente se informó que se encontraron histonas en lisados ​​celulares obtenidos de células tumorales apoptóticas no fisiológicas como las células Jurkat y las células U937. 26 Sin embargo, H1 solo se detectó en lisados ​​celulares de células Jurkat, pero no en U937. Otros estudios mostraron que las células Jurkat y los linfocitos activados humanos acumulan nucleosomas en el citoplasma durante la apoptosis. 27, 28 Sin embargo, no todas las líneas celulares generan fragmentos nucleosomales durante la apoptosis. 29 Es importante señalar que la acumulación de histonas no es una consecuencia necesaria de la fragmentación del ADN relacionada con la apoptosis. Wu et al mostró que no todas las líneas celulares liberan histonas de los nucleosomas durante la fragmentación del ADN y la apoptosis. 25 Basándose en sus experimentos, los autores demostraron de manera convincente que la liberación de histonas y la fragmentación del ADN se pueden separar claramente en dos procesos independientes en sus líneas de células tumorales. Como estos experimentos se realizaron con células tumorales que obviamente están alteradas en su regulación de la apoptosis, empleamos células humanas primarias para nuestros estudios. Nuestros datos por primera vez proporcionan evidencia de que la acumulación citoplasmática de histonas y nucleosomas en células fisiológicas es un evento temprano en la apoptosis, que ocurre en paralelo con las señales iniciales de fagocitosis.

Se ha sugerido que los componentes nucleares se alteran durante la apoptosis. 30, 31 Esto podría causar alteraciones estructurales que conduzcan a un mejor reconocimiento como autoantígenos, contribuyendo así a la patogénesis de enfermedades autoinmunes como el LES. Nuestros resultados sugieren que la histona citoplásmica H4 generada por apoptosis es estructuralmente diferente de la histona nuclear H4. El hecho de que las histonas relacionadas con la apoptosis puedan ser antigénicas ha sido bien documentado por nuestro trabajo previo 12: iniciamos una respuesta inmune dirigida contra histonas en linfocitos que habían sido estimulados in vitro con células autólogas apoptóticas o histonas no modificadas comercialmente disponibles. En apoyo adicional a nuestra hipótesis de que las modificaciones postapoptóticas de las estructuras celulares ocurren durante la apoptosis, Casciola-Rosen et al han demostrado que las proteasas como la granzima B pueden escindir autoantígenos en el proceso de apoptosis. 30

La adición de la citoquina IL2 sirve como un factor de supervivencia importante, previniendo la apoptosis en linfoblastos activados in vivo e in vitro. 14, 32, 33 Como se muestra en este estudio, IL2 también reduce el contenido de histonas extranucleares en los lisados ​​celulares. Este hecho no se puede explicar fácilmente. Las histonas y los nucleosomas pueden reintroducirse en el núcleo, pero esta alternativa no está respaldada por ningún dato y es difícil de imaginar. Es más probable que las células liberen o secreten histonas. Como se mencionó anteriormente, la degradación es poco probable porque nunca hemos observado productos de degradación de histonas en nuestra detección de transferencia de Western.

Esta situación hipotética podría ser significativa para la patogenia del LES: los autoantígenos del LES conocidos, como las histonas o los nucleosomas, se encuentran fuera del núcleo en linfoblastos privados de IL2 que mueren apoptóticamente y, por lo tanto, podrían ser más fácilmente accesibles para las células inmunocompetentes. En un artículo anterior, 16 empleando el modelo celular idéntico, demostramos que los linfoblastos de LES activados son hiporresponsables a las citocinas de la cadena γc (como IL2), lo que conduce a una apoptosis acelerada. Nuestros datos apoyan el concepto de que los linfoblastos activados, mucho más que los linfocitos inactivos o PBMC, son una fuente de histonas o nucleosomas como autoantígenos en enfermedades autoinmunes sistémicas. Una liberación temprana de histonas y nucleosomas de núcleos de linfocitos que mueren apoptóticamente sugiere que la desregulación de la apoptosis temprana podría ser decisiva para la inducción de autoinmunidad contra autoantígenos nucleares en el LES, una hipótesis que seguimos actualmente en nuestro trabajo.


Preguntas de respuestas múltiples

Q1. Un rasgo característico común de las células del tubo de criba de plantas y la mayoría de mamífero eritrocitos es
(a) Ausencia de mitocondrias (b) Presencia de pared celular
(c) Presencia de hemoglobina (d) Ausencia de núcleo
Respuesta: (d) Un rasgo característico común de las células del tubo del tamiz de plantas y la mayoría de los eritrocitos de mamíferos es la ausencia de núcleo.

Q2. Seleccione uno que no sea cierto para los ribosomas.
(a) Formado por dos subunidades (b) Forma polisoma
(c) Puede adherirse al ARNm (d) No desempeñar ningún papel en la síntesis de proteínas
Respuesta: (d) Los ribosomas están compuestos por dos subunidades, forman polisomas y pueden unirse al ARNm. Los ribosomas son el sitio de síntesis de proteínas.

Q3. ¿Cuál de estos no es un eucariota? .
(a) Euglena (b) Anabaena (c) Spirogyra (d) Agaricus
Respuesta: (b) Anabaena es una cinobacteria (procariota).

Q4. ¿Cuál de los siguientes tintes no se usa para teñir cromosomas?
(a) Fucsina básica (b) Salfanin
(c) Verde de metileno (d) Carmín
Respuesta: (b) La tinción de saffanin no se usa para teñir cromosomas mientras que la fucsina básica, el verde de metileno y el carmín se usan para teñir los cromosomas.

Q5. Las diferentes celdas tienen diferentes tamaños. Organice las siguientes celdas en orden ascendente según su tamaño. Elija la opción correcta entre las siguientes:
(i) Mycoplasma
(ii) Huevos de avestruz
(iii) RBC humanos
(iv) Bacterias
(a) (i), (iv), (iii), (ii) (b) (i), (iii), (iv), (ii)
(c) (ii), (i), (iii), (iv) (d) (iii), (ii), (i), (iv)
Respuesta: (a) Orden ascendente de tamaño:
Micoplasma y bacterias lt y glóbulos rojos humanos lt huevos de avestruz.

Q6. ¿Cuál de las siguientes características es común a los procariotas y a muchos eucariotas?
(a) Material de cromatina presente
(b) Pared celular presente
(c) Presencia de membrana nuclear
(d) Organelos subcelulares unidos a membrana presentes
Respuesta: (b) La pared celular está presente en todos los procariotas (excepto micoplasma) y muchos eucariotas (como plantas y hongos).

Q7. ¿Quién propuso el modelo de mosaico fluido de plasma ¿membrana?
(a) Camillo Golgi (b) Schleiden y Schwann
(c) Singer y Nicolson (d) Robert Brown
Respuesta: (c) Un modelo mejorado de la estructura de la membrana celular fue propuesto por
S.J. Singer y G.L. Nicolson (1972) ampliamente aceptado como modelo de mosaico fluido.

Q8. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera para una célula secretora?
(a) No hay aparato de Golgi.
(b) El retículo endoplásmico rugoso (RER) se observa fácilmente en la célula.
(c) Solo está presente el retículo endoplásmico liso (SER).
(d) Los gránulos secretores se forman en núcleo.
Respuesta: (b) El RER se observa con frecuencia en las células que participan activamente en la síntesis y secreción de proteínas. El RER está bien desarrollado en células que se dedican a la síntesis de productos secretores.

Q9. ¿Qué es un tonoplast?
(a) Membrana externa de las mitocondrias
(b) Membrana interior de cloroplasto
(c) Límite de la membrana de la vacuola de las células vegetales
(D) Celda membrana de una célula vegetal.
Respuesta: (c) La vacuola es el espacio delimitado por la membrana que se encuentra en el citoplasma. La vacuola está unida por una sola membrana llamada tonoplasto.

Q10. ¿Cuál de las siguientes opciones no es cierta para un eucariota ¿celda?
(a) La pared celular está formada por pépticos joglicanos
(b) Tiene el tipo 80S de ribosoma presente en el citoplasma.
(c) Las mitocondrias contienen ADN circular
(D) Unida a la membrana los orgánulos están presentes
Respuesta: (a) En las bacterias (procariotas), la pared celular está formada por peptidoglicano.

Q11. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones no es cierta para la membrana plasmática?
(a) Está presente tanto en células vegetales como animales.
(b) El lípido está presente como bicapa en eso. .
(c) Las proteínas están presentes integradas así como débilmente asociadas con la bicapa lipídica.
(d) Los carbohidratos nunca se encuentran en él.
Respuesta: (d) Los estudios químicos mostraron que la membrana celular está compuesta de lípidos que están dispuestos en una bicapa. Más tarde, la investigación bioquímica reveló claramente que las membranas celulares también poseen proteínas y carbohidratos.

Q12. Los plastos difieren de mitocondrias sobre la base de las siguientes características? Marque la respuesta correcta.
(a) Presencia de dos capas de membrana
(b) Presencia de ribosoma
(c) Presencia de tilacoides
(d) Presencia de ADN
Respuesta: (c) Los tilacoides están presentes en los plástidos pero no en las mitocondrias. Tanto los plástidos como las mitocondrias son similares en presencia de dos capas de membrana, presencia de ribosoma y presencia de ADN.

Q13. ¿Cuál de las siguientes opciones no es función de citoesqueleto en una celda?
(a) Transporte intracelular
(b) Mantenimiento de la forma y estructura celular
(c) Soporte del orgánulo
(d) Motilidad celular
Respuesta: (a) El citoesqueleto en una célula está involucrado en muchas funciones como soporte mecánico, motilidad, mantenimiento de la forma de la célula.

Q14. La tinción utilizada para visualizar las mitocondrias es
(a) Verde rápido (b) Saffanin (C) Acetocarmín(d) Janus verde
Respuesta: (d) La tinción verde de Janus se usa para visualizar las mitocondrias.

Preguntas de tipo de respuesta muy corta
Q1. ¿Cuál es el significado de la vacuola en una célula vegetal?
Respuesta: La vacuola en las células vegetales ayuda en el almacenamiento, la eliminación de desechos y el alargamiento y protección celular.

Q2. ¿A qué se refiere "S" en un 70S y un ribosoma 80S?
Respuesta: Unidad de Svedberg o coeficiente de sedimentación.

Q3. Mencione un orgánulo unido a una sola membrana que sea rico en enzimas hidrolíticas.
Respuesta: Lisosoma

Q4. ¿Qué son las vacuolas de gas? Indique sus funciones. ,
Respuesta: Las vacuolas de gas son agregados de estructuras cilíndricas huecas llamadas vesículas de gas. Se encuentran dentro de algunas bacterias. El inflado y desinflado de las vesículas proporciona flotabilidad, lo que permite que la bacteria flote a la profundidad deseada en el agua.

Q5. ¿Cuál es la función de un polisoma? .
Respuesta: Varios ribosomas pueden unirse a un solo ARNm y formar una cadena llamada polirribosoma o polisoma. Los ribosomas de un polisoma traducen el ARNm en proteínas.

Q6. ¿Cuál es la característica de un cromosoma metacéntrico?
Respuesta: El cromosoma metacéntrico tiene un centrómero medio (medial) que forma dos brazos iguales del cromosoma. La forma del cromosoma metacéntrico tiene forma de V.

Q7. ¿Qué se conoce como cromosoma satélite?
Respuesta: A veces, algunos cromosomas tienen constricciones secundarias que no manchan en una ubicación constante. Esto da la apariencia de un pequeño fragmento llamado satélite o trabant. Estos cromosomas se denominan cromosoma sat (satélite). El nucleolo está formado por un cromosoma sat.

Preguntas de tipo de respuesta corta
Q1. Analice brevemente el papel de nucléolo en las células que participan activamente en la síntesis de proteínas.
Respuesta: Nucleolus es un sitio para la síntesis activa de ARN ribosómico. Los nucleolos más grandes y numerosos están presentes en las células que llevan a cabo activamente la síntesis de proteínas.

Q2. Explique la asociación de los carbohidratos con la membrana plasmática y su importancia.
Respuesta: Los carbohidratos forman glicoproteínas y glicolípidos por glicosilación. Las glicoproteínas y los glicolípidos son productos bioquímicos que intervienen en el reconocimiento y la adhesión celular.

Q3. Comente sobre la estructura de rueda de carro del centríolo.
Respuesta: El centrosoma es un orgánulo que generalmente contiene dos estructuras cilíndricas llamadas centriolos. Ambos centríolos en un centrosoma se encuentran perpendiculares entre sí en el que cada uno tiene una organización como la rueda de carro. Están formados por nueve fibrillas periféricas de proteína tubulina espaciadas uniformemente. Cada una de las fibrillas periféricas es un triplete. Los trillizos adyacentes también están vinculados. La parte central de la región proximal del centríolo también es proteinácea y se llama núcleo.

Q4. Brevemente describir la teoría celular.
Respuesta: Schleiden y Schwann formularon juntos la teoría celular (1838-39). Esta teoría, sin embargo, no explica cómo se formaron las nuevas células. Rudolf Virchow (1855) explicó por primera vez que las células se dividen y se forman nuevas células a partir de células preexistentes (Omnis cellula-e cellula). Modificó la hipótesis de Schleiden y Schwann para darle una forma definitiva a la teoría celular. La teoría celular como se entiende hoy es
(i) Todos los organismos vivos están compuestos de células y productos de células.
(ii) Todas las células surgen de células preexistentes.

Q5. Diferenciar entre retículo endoplásmico rugoso (RER) y retículo endoplásmico liso (SER).
Respuesta: La sala de emergencias a menudo muestra ribosomas adheridos a su superficie exterior. El retículo endoplásmico que contiene ribosomas en su superficie se llama retículo endoplásmico rugoso (RER). En ausencia de ribosomas, aparecen lisos y se denominan retículo endoplásmico liso (SER). El RER se observa con frecuencia en las células que participan activamente en la síntesis y secreción de proteínas. Son extensos y continuos con la membrana externa del núcleo. El retículo endoplásmico liso es el sitio principal para la síntesis de lípidos. En las células animales, las hormonas esteroides similares a los lípidos se sintetizan en SER.

Q6. Dar la composición bioquímica de plasma membrana. ¿Cómo se organizan las moléculas de lípidos en la membrana?
Respuesta: La estructura detallada de la membrana se estudió solo después de la llegada del microscopio electrónico en la década de 1950. Mientras tanto, los estudios químicos sobre la membrana celular, especialmente en los glóbulos rojos humanos (RBC), permitieron a los científicos deducir la posible estructura de la membrana plasmática. Estos estudios demostraron que la membrana celular está compuesta por lípidos dispuestos en una bicapa. Además, los lípidos están dispuestos dentro de la membrana con la cabeza polar hacia los lados exteriores y las colas hidrófobas hacia la parte interior. Esto asegura que la cola no polar de hidrocarburos saturados esté protegida del ambiente acuoso. El componente lipídico de la membrana consiste principalmente en fosfoglicéridos. Más tarde, la investigación bioquímica reveló claramente que las membranas celulares también poseen proteínas y carbohidratos. La proporción de proteínas y lípidos varía considerablemente en diferentes tipos de células. En los seres humanos, la membrana del eritrocito tiene aproximadamente un 52% de proteínas y un 40% de lípidos.

Q7. ¿Qué son los plásmidos? Describe su papel en las bacterias.
Respuesta: Además del ADN genómico (el cromosoma único / ADN circular), muchas bacterias tienen un pequeño ADN circular fuera del ADN genómico. Estos ADN más pequeños se denominan plásmidos. El ADN plasmídico confiere ciertos caracteres fenotípicos únicos a tales bacterias. Uno de esos caracteres es la resistencia a los antibióticos. Este ADN plasmídico se utiliza para controlar la transformación bacteriana con ADN extraño.

Q8. ¿Qué son las histonas? Cuales son sus funciones?
Respuesta: En los eucariotas hay un conjunto de proteínas básicas cargadas positivamente llamadas histonas. Las histonas son ricas en los residuos de aminoácidos básicos lisinas y argininas. Ambos residuos de aminoácidos llevan cargas positivas en sus cadenas laterales. Las histonas se organizan para formar una unidad de ocho moléculas llamadas octámero de histonas. El ADN cargado negativamente se envuelve alrededor del octámero de histona cargado positivamente para formar una estructura llamada nucleosoma. Un nucleosoma típico contiene 200 pb de hélice de ADN.

Preguntas de tipo de respuesta larga
Q1. ¿Qué atributos estructurales y funcionales debe tener una célula para ser llamada célula viva?
Respuesta: Todas las células tienen una membrana externa llamada membrana celular. Dentro de cada célula hay una estructura densa unida a una membrana llamada núcleo. Este núcleo contiene los cromosomas que a su vez contienen el material genético, el ADN. Las células que tienen núcleos unidos a la membrana se denominan eucariotas, mientras que las células que carecen de un núcleo unido a la membrana son procariotas. Tanto en las células procariotas como en las eucariotas, una matriz semifluida llamada citoplasma ocupa el volumen de la célula. El citoplasma es el escenario principal de las actividades celulares tanto en las células vegetales como en las animales. En él se producen varias reacciones químicas para mantener la célula en "estado vivo".
Además del núcleo, las células eucariotas tienen otras estructuras distintas unidas a la membrana llamadas orgánulos como el retículo endoplásmico (RE), el complejo de Golgi, lisosomas, mitocondrias, raicrobodies y vacuolas. Las células procariotas carecen de dichos orgánulos unidos a la membrana. Los ribosomas son orgánulos no unidos a la membrana que se encuentran en todas las células, tanto eucariotas como procariotas.

Q2. Brevemente dar las contribuciones de los siguientes científicos en la formulación de la teoría celular
una. Rudolf Virchow
B. Schielden y Schwann
Respuesta: En 1838, Matthias Schleiden, un botánico alemán, examinó una gran cantidad de plantas y observó que todas las plantas están compuestas por diferentes tipos de células que forman los tejidos de la planta. Aproximadamente al mismo tiempo, Theodore Schwann (1839), un zoólogo británico, estudió diferentes tipos de células animales e informó que las células tenían una capa externa delgada que hoy se conoce como "membrana plasmática". También concluyó, basándose en sus estudios sobre tejidos vegetales, que la presencia de pared celular es un carácter único de las células vegetales. Sobre esta base, Schwann propuso la hipótesis de que los cuerpos de animales y plantas están compuestos de células y productos de células. Schleiden y Schwann formularon juntos la teoría celular. Sin embargo, esta teoría no explica cómo se formaron las nuevas células. Rudolf Virchow (1855) explicó por primera vez que las células se dividen y las células nuevas se forman a partir de células preexistentes (Omnis cellula-e c & # 8217ellula). Modificó la hipótesis de Schleiden y Schwann para darle una forma definitiva a la teoría celular. La teoría celular como se entiende hoy es:
(i) todos los organismos vivos están compuestos de células y productos de células.
(ii) todas las células surgen de células preexistentes.

Q3. Es extra genómico DN ¿A presente en procariotas y eucariotas? En caso afirmativo, indique su ubicación en ambos tipos de organismos.
Respuesta: Sí, ADN extragenómico presente en procariotas y eucariotas. Además del ADN genómico (el cromosoma único / ADN circular), muchas bacterias (procariotas) tienen un pequeño ADN circular fuera del ADN genómico. Estos ADN genómico extra más pequeños se denominan plásmidos. El ADN plasmídico confiere ciertos caracteres fenotípicos únicos a tales bacterias. Uno de esos caracteres es la resistencia a los antibióticos. Este ADN plasmídico se utiliza para controlar la transformación bacteriana con ADN extraño. En eucariotas, el ADN genómico extra está presente en dos orgánulos: mitocondrias y plástidos. "

Q4. La estructura y la función son correlativas en los organismos vivos. ¿Puede justificar esto tomando como ejemplo la membrana plasmática?
Respuesta: La forma de la celda puede variar con la función que realizan. Por ejemplo, los glóbulos rojos son redondos y bicóncavos para pasar a través de los capilares y transportar más oz. Los glóbulos blancos son ameboides para realizar fagocitosis y diapédesis.
La naturaleza casi fluida de los lípidos permite el movimiento lateral de las proteínas dentro de la bicapa general. Esta capacidad de moverse dentro de la membrana se mide como su fluidez. La naturaleza fluida de la membrana también es importante desde el punto de vista de funciones como el crecimiento celular, la formación de uniones intercelulares, la secreción, la endocitosis, la división celular, etc.

Q5. Las células eucariotas tienen orgánulos que pueden
una. no estar atado por una membrana
B. unido por una sola membrana
C. unido por una doble membrana
Agrupe los diversos orgánulos subcelulares en estas tres categorías.
Respuesta: una. Orgánulos celulares no unidos a la membrana: ribosoma, centrosoma (centríolo), núcleo, estructuras citoesqueléticas.
B. Orgánulos celulares unidos a una sola membrana: ER, GB, lisosoma, vacuolas, microcuerpos (glioxisomas y peroxisomas), tilacoide.
C. Orgánulos celulares unidos a doble membrana: plástidos, mitocondrias y núcleo.

Q6. El contenido genómico del núcleo es constante para una especie dada, mientras que el extra cromosómico Se encuentra que el ADN es variable entre los miembros de una población. Explicar.
Respuesta: El contenido genómico del núcleo es constante para una especie determinada, mientras que el ADN cromosómico extra varía entre los miembros de una población. Para los humanos (Homo sapiens) el contenido genómico del núcleo es constante, es decir, 46 cromosomas. Pero se encuentra que el ADN cromosómico adicional es variable entre los miembros de la población, ya que diferentes humanos tienen una cantidad diferente de ADN cromosómico adicional en sus mitocondrias.

Q7. Justifique la afirmación: "Las mitocondrias son casas de poder de la celda ”.
Respuesta: Cada mitocondria es una estructura de doble membrana unida con la membrana externa y la membrana interna dividiendo su luz de manera distinta en dos compartimentos acuosos, es decir, el compartimento exterior y el compartimento interior. El compartimento interior se llama matriz. La membrana externa forma el límite límite continuo del orgánulo. La membrana interna forma una serie de pliegues llamados crestas (sing .: crista) hacia la matriz. Las crestas aumentan la superficie. Las dos membranas tienen sus propias enzimas específicas asociadas con la función mitocondrial. Las mitocondrias son los sitios de respiración aeróbica. Producen energía celular en forma de ATP, por lo que se denominan "centrales eléctricas" de la célula.

Q8. ¿Existe un tipo de plastidio específico de una especie o de una región? ¿Cómo se distingue uno del otro?
Respuesta: Sí, los plástidos son específicos de una especie o de una región. Los plástidos se encuentran en todas las células vegetales y en los euglenoides. Estos se observan fácilmente al microscopio ya que son grandes. Llevan algunos pigmentos específicos, impartiendo así colores específicos a las plantas. Según el tipo de pigmentos, los plástidos se pueden clasificar en cloroplastos, cromoplastos y leucoplastos. Los cloroplastos contienen clorofila y pigmentos carotenoides que se encargan de atrapar la energía luminosa esencial para la fotosíntesis. En los cromoplastos están presentes pigmentos carotenoides liposolubles como caroteno, xantofilas y otros. Esta
le da a la parte de la planta un color amarillo, naranja o rojo. Los leucoplastos son plástidos incoloros de variadas formas y tamaños con nutrientes almacenados: los amiloplastos almacenan carbohidratos (almidón), por ejemplo, los elaioplastos de papa almacenan aceites y grasas mientras que los aleuroplastos almacenan proteínas.

Q9. Escribe las funciones de lo siguiente:
una. Centrómero
B. Pared celular
C. ER suave
D. Aparato de Golgi
mi. Centriolos
Respuesta: una. Centrómero: Cada cromosoma tiene esencialmente una constricción primaria o centrómero. Dos cromátidas hermanas se unen en el centrómero.
B. Pared celular: la pared celular no solo le da forma a la célula y la protege de daños mecánicos e infecciones, sino que también ayuda en la interacción de célula a célula y proporciona una barrera contra macromoléculas indeseables.
C. RE liso: el retículo endoplásmico liso es el sitio principal para la síntesis de lípidos. En las células animales, las hormonas esteroides similares a los lípidos se sintetizan en SER.
D. Aparato de Golgi: El aparato de Golgi es el sitio importante de formación de glicoproteínas y glicolípidos.
mi. Centriolos: Los centriolos forman el cuerpo basal de los cilios o flagelos, y las fibras del huso que dan lugar al aparato del huso durante la división celular en las células animales.

Q10. ¿Son intercambiables los diferentes tipos de plastidios? En caso afirmativo, proporcione ejemplos en los que se estén convirtiendo de un tipo a otro.
Respuesta: Sí, los diferentes tipos de plástidos son intercambiables.
La conversión de tomates verdes (o chile) en forma roja se debe a la formación de cromoplastos a partir de cloroplastos. Los cromoplastos también se forman a partir de leucoplastos mediante el desarrollo de algunos pigmentos (como los carotenos de la zanahoria).


Espíritu colaborativo de HAT y HDAC

En este número especial solo se tratan la acetilación de lisina y las enzimas responsables, pero no significa que este sea el único mecanismo regulador ni que dicho mecanismo actúe por sí solo. en vivo. Para comprender la estructura, función y regulación de los HAT y HDAC, es muy importante considerarlos de una manera dependiente del contexto celular, especialmente cómo interactúan con otros reguladores. La interacción ocurre en al menos seis mecanismos diferentes (Figura 4). Primero, además de la acetilación, el ɛ-El grupo amino de un residuo de lisina está sujeto a otras modificaciones, que incluyen metilación, ubiquitinación, sumoilación, propioilación y butirilación. La acetilación excluiría otras modificaciones, y viceversa. Por lo tanto, HAT y HDAC controlan la disponibilidad de un residuo de lisina para otras modificaciones covalentes (Figura 4a). Dicho mecanismo ha sido bien documentado para la lisina 9 de la histona H3 en la levadura de fisión, donde la desacetilación la prepara para la metilación y la posterior formación de heterocromatina (Yamada et al., 2005). La planta Hda6 juega un papel clave en la organización de la heterocromatina (Earley et al., 2006 Aufsatz et al., 2007). También hay evidencia de que la hipoacetilación es un requisito previo para la formación de heterocromatina y el silenciamiento de genes en mamíferos (Zaratiegui et al., 2007). Además, se ha demostrado que la acetilación impide la ubiquitinación de Smad7 y la sumoilación de p300, MEF2 y otros (revisado por Yang y Grégoire, 2007).

Dibujos animados que muestran la posible interacción de la acetilación con otras modificaciones (a y B) y modelos sobre roles putativos de ncRNA en la orientación de HAT y HDAC a loci de cromatina específicos (C y D). (a) La acetilación de un residuo de lisina (K) impide su metilación, ubiquitinación, sumoilación u otras modificaciones de lisina. El hexágono con la letra A se refiere a la acetilación y un óvalo con la letra M es a la metilación. (B) La acetilación de un residuo de lisina (K) dificulta la fosforilación de un residuo de serina adyacente. Un óvalo con la letra P es para fosforilación. (C) ncRNA recluta un complejo HAT, como rox RNA en el Drosophila Complejo Mof, para realizar la acetilación específica de la región. (D) ncRNA recluta un HDAC, como Hda6 por micro RNA en Arabidopsis, para lograr la desacetilación específica del dominio de cromatina o gen. Oval gris, nucleosoma Ac, ncRNA de acetilación, RNA no codificante.

En segundo lugar, la acetilación de un residuo de lisina podría afectar la modificación de un residuo vecino. Como se muestra en la Figura 4b, la acetilación de lisina afecta la fosforilación de un residuo de serina adyacente, que se ha demostrado para la lisina 9 y serina 10 de la histona H3, así como para la serina 10 y la lisina 11 de la histona H2B (Ahn et al., 2006 Li et al., 2006).

En tercer lugar, las HAT y las HDAC están vinculadas físicamente a otras actividades catalíticas. En relación con esto, PCAF y p300 poseen actividades intrínsecas de ubiquitina ligasa E3 y E4, respectivamente (Grossman et al., 2003 Linares et al., 2007). Además, un O-ligado norte-acetilglucosamina (O-GlcNAc) transferasa contiene un dominio HAT (Toleman et al., 2004), mientras que un dominio putativo de desmetilasa está presente en Elp3 (Chinenov, 2002). La ubiquitina proteasa 8 se asocia con Gcn5 en SAGA (Baker y Grant, este número). LSD1 (lysina-desmetilasa específica 1) y HDAC1 / 2 están presentes en un complejo multiproteico (Humphrey et al., 2001 Shi et al., 2004 Lee et al., 2005), mientras que HDAC3 se asocia con una desmetilasa Jumonji (Karagianni y Wong, 2007 ). HDAC3 también interactúa con Aurora quinasa B para lograr la desacetilación y fosforilación coordinadas de la histona H3 (Li et al., 2006). Con reminiscencias de esto, las HDAC forman complejos con las fosfatasas (Canettieri et al., 2003 Brush et al., 2004 Zhang et al., 2005).

Cuarto, los HAT y HDAC se asocian físicamente con módulos específicos de modificación para acciones secuenciales con diferentes modificaciones. Muchos HAT contienen bromodominios para el reconocimiento de acetil-lisina (Mujtaba et al., 2007). HDAC6 posee un dominio de dedos de zinc para la unión de ubiquitina, lo que permite el reconocimiento y transporte de proteínas ubiquitiladas y controla el recambio de la cadena de poliubiquitina (Boyault et al., 2007). Las actividades de unión a desacetilasa y ubiquitina de HDAC6 son necesarias para el manejo de proteínas mal plegadas (Kawaguchi et al., 2003 Iwata et al., 2005). Además, los cromodominios, los dedos ligados al homeodominio vegetal (PHD) y otros módulos específicos de modificación están presentes en los complejos HAT y HDAC (revisado en Seet et al., 2006 Kouzarides, 2007 Lee y Workman, 2007).

Quinto, algunos HAT se asocian físicamente con nortesobreCoding (nc) ARN. Es bien sabido que los factores de transcripción reclutan HAT y HDAC para lograr acciones específicas de secuencia. De manera similar a los factores de transcripción, el ncRNA puede apuntar a HAT y HDAC a regiones de cromatina específicas (Figuras 4c yd). Para la compensación de la dosis de genes en moscas macho, el ARN de rox se asocia con Mof y logra la acetilación cromosómica específica de la histona H4 en la lisina 16 (Lucchesi et al., 2005 Rea et al., 2007 Straub y Becker, 2007). Relacionado con esto, SRA (sreceptor de teroides RN / A aactivador) funciona como un coactivador transcripcional y puede interactuar con los HAT (Lanz et al., 1999). El microARN puede estar involucrado en la selección de Hda6 de la planta para la desacetilación de histonas (Aufsatz et al., 2007). La cuestión de si las HDAC desempeñan un papel en otros fenómenos de silenciamiento mediados por ncRNA, como la inactivación del cromosoma X, será un tema importante a abordar en el futuro (Zaratiegui et al., 2007).

En sexto lugar y finalmente, diferentes HAT pueden apuntar a un sustrato. Por ejemplo, p300, PCAF y dos miembros de la familia MYST acetilan p53 (Gu y Roeder, 1997 Sakaguchi et al., 1998 Liu et al., 1999 Sykes et al., 2006 Tang et al., 2006). De manera similar, diferentes HDAC se unen a un solo objetivo (Grégoire et al., 2007 y referencias allí). En relación con esto, los inhibidores de pan-HDAC pueden ser más efectivos (Xu et al., 2007), un concepto que es similar al principio combinatorio que se discutirá a continuación.


La función secreta de las histonas en la complicada evolución celular

Al gestionar la expresión génica en células complicadas, los octetos de las proteínas histonas ayudaron a permitir el rango explosivo de vida eucariota. Ilustración: Jason Lyon / Quanta Journal Un nuevo trabajo muestra que las proteínas, manipuladas durante mucho tiempo como aburridos carretes de ADN, son clave para la historia del origen de los eucariotas y, sin embargo, desempeñan un papel vital en la enfermedad.

La biología molecular tiene algo en común con las competiciones de vuelo de cometas. En este último, todos los ojos están puestos en las construcciones coloridas, elaboradas y tremendamente cinéticas que surcan el cielo. Nadie parece ser como en los humildes carretes o carretes en los que se enrollan las cuerdas de la cometa, independientemente de que las actuaciones aéreas dependan de la habilidad con que se manejen estos carretes. Dentro de la biología de las células complicadas, o eucariotas, el ballet de moléculas que transcriben y traducen el ADN genómico en proteínas ocupa un lugar central, pero esa danza puede ser inconcebible sin el trabajo subestimado de las proteínas de histonas que reúnen el ADN en paquetes prolijos y desempaqueta lo suficiente. de él cuando lo desee.

Las histonas, como piezas clave del equipo para la regulación genética, desempeñan un papel en prácticamente todas las operaciones de las células eucariotas. "Para complicarnos, es imprescindible tener un genoma complejo y desarrollar nuevas familias de genes, y es imprescindible tener un ciclo celular", definió William Martin, biólogo evolutivo y bioquímico del Heinrich Heine College. en Alemania. "¿Y qué hay en el curso de todo esto? Manejo de su ADN ".

Historia original reimpresa con permiso de Revista Quanta, una publicación editorialmente imparcial de la Fundación Simons cuya misión es impulsar la comprensión pública de la ciencia protegiendo los desarrollos del análisis y los desarrollos en matemáticas y ciencias corporales y de la vida.

Un nuevo trabajo sobre la construcción y el rendimiento de las histonas en células fáciles históricas ha aclarado aún más la importancia central y de larga data de esas proteínas para la regulación genética. Hace miles de millones de años, las células denominadas arqueas ya habían estado utilizando histonas muy parecidas a las nuestras para manejar su ADN; sin embargo, lo hicieron con pautas más flexibles y mucha más selección. A partir de estas similitudes y variaciones, los investigadores están obteniendo nuevos conocimientos, no solo sobre cómo las histonas ayudaron a formar los orígenes de una vida complicada, sino también sobre cómo las variantes de las histonas tienen un efecto inmediato en nuestro bienestar personal. Al mismo tiempo, sin embargo, una nueva investigación de histonas en un grupo poco común de virus está complicando las soluciones sobre el lugar de donde realmente llegaron nuestras histonas.

Los eucariotas surgieron hace unos 2 mil millones de años, cuando una bacteria que podría metabolizar el oxígeno para obtener vitalidad se instaló dentro de una célula arquea. Esa asociación simbiótica fue revolucionaria como resultado de la producción de vitalidad a partir de esa proto-mitocondria que de repente hizo que la expresión de genes fuera mucho más barata desde el punto de vista metabólico, argumenta Martin. Los nuevos eucariotas de repente tuvieron rienda suelta para desarrollar la escala y la variedad de sus genomas y para realizar una miríada de experimentos evolutivos, lo que sentó la inspiración para las numerosas mejoras eucariotas que se vieron en la vida de inmediato. “Los eucariotas son un equipo genético de arqueas que sobrevive con la ayuda del metabolismo de la vitalidad bacteriana”, afirmó Martin.

Sin embargo, los primeros eucariotas sufrieron dolores críticos en aumento a medida que sus genomas se expandían: el genoma más grande introdujo nuevos problemas derivados de la necesidad de manejar una cadena de ADN cada vez más difícil de manejar. Ese ADN necesitaba ser accesible para el equipo de la célula para transcribirlo y replicarlo sin que se enredara en una bola de espagueti desesperada.

Además, el ADN generalmente quería ser compacto, cada uno para ayudar a regular la transcripción y la regulación, y para separar las copias equivalentes de ADN a lo largo de la división celular. Y uno de los peligros de la compactación descuidada es que las hebras de ADN pueden unirse de forma irreversible de forma colectiva si la columna vertebral de 1 interactúa con la ranura de la otra, lo que hace que el ADN sea ineficaz.

Los microorganismos tienen una respuesta para esto que implica una amplia gama de proteínas que "superenrollan" colectivamente las bibliotecas de ADN comparativamente restringidas de las células. Sin embargo, la resolución de la administración de ADN de los eucariotas es hacer uso de proteínas histonas, que tienen una nueva habilidad para envolver el ADN alrededor de sí mismas en lugar de simplemente adherirse a él. Las 4 histonas principales de los eucariotas, H2A, H2B, H3 y H4, se ensamblan en octámeros con dos copias de cada una. Estos octámeros, denominados nucleosomas, son los modelos esenciales del empaquetamiento de ADN eucariótico.

Al curvar el ADN a través del nucleosoma, las histonas evitan que se agrupe colectivamente y lo conservan útil. Es una resolución ingeniosa, sin embargo, los eucariotas no la inventaron totalmente por sí mismos.

Nuevamente en los años ochenta, cuando la bióloga móvil y molecular Kathleen Sandman era un postdoctorado en el Ohio State College, ella y su asesor, John Reeve, reconocieron y secuenciaron las principales histonas identificadas en las arqueas. Confirmaron cómo las 4 principales histonas eucariotas se habían asociado entre sí y con las arqueas histonas. Su trabajo proporcionó la primera prueba de que en la ocasión endosimbiótica única que dio lugar a los eucariotas, era más probable que el anfitrión fuera una célula arquea.

Sin embargo, será un error teleológico suponer que las histonas de las arqueas simplemente estaban listas para la llegada de los eucariotas y la perspectiva de ampliar sus genomas. “Varias de estas primeras hipótesis comprobaron las histonas mediante su habilidad para permitir que la célula desarrolle su genoma. Sin embargo, eso en realidad no le dice por qué habían estado allí en primer lugar ", dijo Siavash Kurdistani, bioquímico del College of California, Los Ángeles.

Como primer paso hacia estas soluciones, Sandman unió fuerzas hace varios años con el biólogo estructural Karolin Luger, quien resolvió la construcción del nucleosoma eucariota en 1997. Colectivamente, trabajaron la estructura cristalizada del nucleosoma arqueológico, que imprimieron con colegas en 2017. Descubrieron que los nucleosomas de las arqueas son "increíblemente comparables" en construcción a los nucleosomas eucariotas, afirmó Luger, independientemente de las marcadas variaciones de sus secuencias de péptidos.

Los nucleosomas de Archaeal ya habían “descubierto la mejor manera de unir y doblar el ADN en este hermoso arco”, afirmó Luger, ahora investigador del Instituto Médico Howard Hughes en el College of Colorado, Boulder. Sin embargo, la distinción entre los nucleosomas eucarióticos y arqueales es que la construcción cristalina del nucleosoma arqueológico parecía formar conjuntos más sueltos, similares a los de Slinky, de varios tamaños.

En un papel en eLife publicado en marzo, Luger, su postdoctorado Samuel Bowerman y Jeff Wereszczynski del Instituto de Experiencia de Illinois adoptaron el documento de 2017. Utilizaron microscopía crioelectrónica para resolver la construcción del nucleosoma de la arquea en un consultor adicional estatal de una celda interna. Sus observaciones confirmaron que los edificios de los nucleosomas de las arqueas están mucho menos montados. Los nucleosomas eucariotas están todo el tiempo envueltos de manera estable por aproximadamente 147 pares de bases de ADN, y todo el tiempo incluyen simplemente ocho histonas. (Para los nucleosomas eucariotas, "la pelota se detiene en ocho", afirmó Luger.) Sus equivalentes en arqueas terminan entre 60 y 600 pares de bases. Estos "arqueasomas" generalmente mantienen tan solo tres dímeros de histonas, sin embargo, los más grandes incluyen hasta 15 dímeros.

Además, descubrieron que, a diferencia de los nucleosomas eucariotas apretados, los arqueasomas tipo Slinky se abren estocásticamente, como conchas de almeja. Los investigadores determinaron que esta asociación simplifica la expresión génica de las arqueas, porque no como los eucariotas, no quieren proteínas suplementarias energéticamente costosas para ayudar a desenrollar el ADN de las histonas para que se puedan obtener para la transcripción.

Es por eso que Tobias Warnecke, que investiga histonas de arqueas en la Facultad Imperial de Londres, piensa que `` hay una cosa en particular que debería haber ocurrido en el amanecer de los eucariotas, el lugar en el que pasamos de tener simplemente histonas fáciles ... a tener nucleosomas octaméricos. Por lo general, parecen estar haciendo algo cualitativamente completamente diferente ".

Lo que, sin embargo, sigue siendo un thriller. En las especies de arqueas, hay "bastantes pocos que tienen histonas, y hay diferentes especies que no tienen histonas". E incluso aquellos que tienen histonas varían bastante ”, afirmó Warnecke. El pasado mes de diciembre, imprimió un artículo que mostraba que existen diversas variantes de proteínas histonas con capacidades completamente diferentes. Los complejos de histona-ADN varían en cuanto a su estabilidad y afinidad por el ADN. Sin embargo, no están organizados de forma tan estable o recurrente como los nucleosomas eucariotas.

Por desconcertante que sea la variedad de histonas de arqueas, ofrece la oportunidad de comprender los métodos potenciales completamente diferentes de construir técnicas de expresión génica. Eso es algo que podemos extraer del relativo "aburrimiento" de los eucariotas, dice Warnecke: a modo de comprensión de la combinatoria de las técnicas de arqueas, "además, resolveremos qué es lo particular de las técnicas eucariotas". El número de tipos y configuraciones de histonas completamente diferentes en las arqueas puede ayudarnos a deducir lo que podrían haber estado haciendo antes de que solidificara su función en la regulación genética.

Como resultado de que las arqueas son procariotas comparativamente fáciles con pequeños genomas, "no asumo que la función única de las histonas fuera gestionar la expresión génica, o al menos no de la forma en que estamos acostumbrados desde los eucariotas". Warnecke declaró. Como alternativa, plantea la hipótesis de que es posible que las histonas necesiten proteger el genoma de daños.

Las arqueas suelen permanecer en ambientes excesivos, como manantiales chisporroteantes y respiraderos volcánicos en el fondo marino, caracterizados por temperaturas excesivas, presiones excesivas, salinidad excesiva, acidez excesiva o diferentes amenazas. Estabilizar su ADN con histonas podría dificultar que las cadenas de ADN se ablanden en estas circunstancias excesivas. Las histonas también pueden proteger a las arqueas en oposición a los invasores, como los fagos o los componentes transponibles, que podrían resultar más difíciles de combinar en el genoma cuando se envuelve a través de las proteínas.

Kurdistani está de acuerdo. "En caso de que haya estado aprendiendo arqueas hace 2 mil millones de años, la compactación del genoma y la regulación de genes no serán los principales problemas que puedan surgir cuando se tome en serio las histonas", afirmó. En realidad, ha especulado tentativamente con un par de tipos de seguridad química completamente diferentes que las histonas pueden necesitar para suministrar las arqueas.

En julio pasado, el grupo de Kurdistani informó que en los nucleosomas de levadura hay un sitio web catalítico en la interfaz de dos proteínas histonas H3 que pueden unirse y recortar electroquímicamente el cobre. Para desentrañar el significado evolutivo de esto, Kurdistani recurre nuevamente a la gran mejora en el oxígeno en la Tierra, la Buena Oxidación, que ocurrió durante el tiempo en que los eucariotas avanzaron por primera vez más de 2 mil millones de años en el pasado. Mayores rangos de oxígeno deberían haber desencadenado una oxidación mundial de metales como el cobre y el hierro, que son vitales para la bioquímica (aunque venenosos en exceso). Tan pronto como se oxidaron, los metales se habrían convertido en mucho menos asequibles para las células, por lo que cualquier célula que hubiera guardado los metales en una forma más baja habría tenido una ventaja.

En el transcurso de la ocasión de la oxidación de Niza, la flexibilidad para reducir el cobre habría sido "un producto especialmente beneficioso", afirmó Kurdistani. Puede que haya sido especialmente atractivo para el microorganismo que había sido precursor de las mitocondrias, ya que la citocromo c oxidasa, la enzima final dentro de la cadena de reacciones que las mitocondrias utilizan para proporcionar vitalidad, requiere cobre para funcionar.

Debido a que las arqueas permanecen en ambientes excesivos, podrían haber descubierto métodos para generar y lidiar con el cobre reducido sin ser asesinados por él mucho antes de la Buena Oxidación. Si ese es el caso, las proto-mitocondrias pueden necesitar huéspedes arqueales invadidos para robar su cobre reducido, sugiere Kurdistani.

La especulación es intrigante porque podría aclarar por qué aparecieron los eucariotas cuando aumentaron los niveles de oxígeno en el medio ambiente. "Había 1.500 millones de años de vida antes de eso, y no había señales de eucariotas", afirmó Kurdistani. "Entonces, el concepto de que el oxígeno impulsó la formación de la célula eucariota primaria, para mí, debe ser fundamental para cualquier hipótesis que intente explicar por qué se desarrollaron estas opciones".

La conjetura de Kurdistani sugiere además una especulación alternativa de por qué los genomas eucariotas recibieron tanto tamaño. El ejercicio de reducción de cobre de las histonas ocurre únicamente en la interfaz de las 2 histonas H3 dentro de un nucleosoma ensamblado envuelto con ADN. “Siento que existe una clara posibilidad de que la célula necesite histonas adicionales. Y el único medio para hacer esto fue desarrollar este repertorio de ADN ”, afirmó Kurdistani. Con ADN adicional, las células pueden envolver nucleosomas adicionales y permitir que las histonas reduzcan el cobre adicional, lo que podría ayudar al ejercicio mitocondrial adicional. "No se trataba simplemente de que las histonas permitieran ADN adicional, sin embargo, el ADN adicional permitió histonas adicionales", afirmó.

“Uno de los muchos aspectos interesantes al respecto es que el cobre podría ser muy dañino como resultado de él y romper el ADN”, afirmó Steven Henikoff, biólogo de cromatina e investigador del HHMI en el Centro de análisis de la mayoría de los cánceres Fred Hutchinson en Seattle. "Aquí hay un lugar donde se produce el tipo energético de cobre, y es apropiado después del ADN, pero seguramente no rompe el ADN porque, presumiblemente, está en un tipo bien empaquetado". él afirmó. Al envolver el ADN, los nucleosomas preservan el ADN de forma segura de la mejor manera.

La especulación explica sin duda elementos de cómo avanzó la estructura del genoma eucariota, pero seguramente ha suscitado cierto escepticismo. La pregunta más importante es si las histonas de arqueas tienen la misma habilidad de reducción de cobre que algunas eucariotas. Kurdistani está investigando esto ahora.

La línea inferior es que, sin embargo, no sabemos definitivamente qué capacidades sirvieron las histonas dentro de las arqueas. Además, "el hecho de que los vea conservados a lo largo de largas distancias significa fuertemente que están haciendo una cosa distinta y vital", afirmó Warnecke. "Simplemente queremos averiguar qué es & # 8217s".

Aunque el complicado equipo de histonas eucariotas no se ha modificado mucho desde su origen hace un par de miles de millones de años, no se ha congelado por completo. En 2018, un grupo del Fred Hutchinson Most cancers Analysis Heart informó El conjunto de variantes rápidas de histonas denominadas H2A.B está evolucionando rápidamente. El ritmo de los ajustes es una señal positiva de una "carrera armamentista" entre genes que compiten por la gestión de las fuentes reguladoras.Inicialmente, los investigadores no tenían claro de qué se trataba la batalla genética, sin embargo, mediante una secuencia de elegantes experimentos de cruzamiento en ratones, finalmente confirmaron que las variantes H2A.B dictaban la carga de supervivencia y desarrollo de los embriones, como se informa en Diciembre en PLOS Biología.

Los hallazgos indicaron que las variaciones paternas y maternas de las variantes de histonas están mediando una batalla sobre la mejor manera de asignar fuentes a la descendencia durante el embarazo. Son ejemplos poco comunes de genes de efecto parental, los que no tienen un efecto instantáneo en la persona que los porta, sin embargo, como alternativa, tienen un fuerte efecto en la descendencia de la persona.

Las variantes H2A.B surgieron con los mamíferos primarios, cuando la evolución de la mejora en el útero reescribió el "contrato" para la financiación de los padres. Las mamás siempre habían invertido muchas fuentes de sus huevos, pero las mamás de mamíferos también de repente se volvieron responsables de la mejora temprana de su progenie. Eso organiza una batalla: los genes paternos dentro del embrión no tenían nada que perder al exigir agresivamente las fuentes, mientras que los genes maternos se beneficiaron de moderar la carga para ahorrarle a la madre y dejarla quedarse para reproducirse otro día.

“Esa negociación aún no está en curso”, afirmó Harmit Malik, investigador del HHMI en el corazón de análisis de la mayoría de los cánceres de Fred Hutchinson que investiga los conflictos genéticos. Aún no se comprende por completo cómo las histonas tienen un efecto sobre la expansión y la viabilidad de la descendencia, sin embargo, Antoine Molaro, el becario postdoctoral que dirigió el trabajo y que ahora dirige su grupo de análisis personal en el Colegio de Clermont Auvergne en Francia, es investigándolo.

Algunas variantes de histonas también podrían desencadenar problemas de salud. En enero, Molaro, Malik, Henikoff y sus colegas informaron que las variantes rápidas de histonas H2A están implicadas en algunos cánceres: más de la mitad de los linfomas difusos masivos de células B llevan mutaciones en ellos. Diferentes variantes de histonas están relacionadas con enfermedades neurodegenerativas.

Sin embargo, se sabe poco acerca de cómo una sola copia de una variante de histona puede producir resultados tan dramáticos en la enfermedad. La aparente especulación es que las variantes tienen un efecto sobre la solidez de los nucleosomas y alteran sus capacidades de señalización, alterando la expresión génica en un medio que altera la fisiología celular. Pero cuando las histonas pueden actuar como enzimas, Kurdistani sugiere otra posibilidad: las variantes podrían alterar el ejercicio enzimático dentro de las células.

Independientemente de la prueba de décadas de Sandman y otros de que las histonas eucariotas avanzaron a partir de las histonas de arqueas, algunos de los últimos trabajos intrigantes han abierto inesperadamente la puerta a un principio alternativo sobre sus orígenes. En respuesta a un artículo impreso el 29 de abril en Naturaleza Estructural y Biología Molecular, los virus grandes de la familia Marseilleviridae tienen histonas virales que podrían estar asociadas de manera reconocible a las 4 histonas eucariotas predominantes. La única distinción es que dentro de las variaciones virales, las histonas que habitualmente se emparejan a lo largo del octámero (H2A con H2B y H3 con H4) en eucariotas ya están fusionadas en dobletes. Las histonas virales fusionadas forman edificios que podrían ser "casi equivalentes a los nucleosomas eucariotas canónicos", según los autores del artículo.

El grupo de Luger publicó un preimpreso en biorxiv.org sobre las histonas virales el mismo día, mostrando que dentro del citoplasma de las células contaminadas, las histonas virales se mantienen cerca de las "fábricas" que producen nuevas partículas virales.

"Aquí está el factor que es realmente convincente", afirmó Henikoff, uno de los muchos autores de la nueva Naturaleza Estructural y Biología Molecular papel. “Todas las variantes de histonas derivan de un ancestro estándar que se compartía entre eucariotas y virus grandes. Según los estándares filogenéticos normales, estos son un grupo hermano de los eucariotas ".

Es un caso convincente de que este ancestro frecuente es el lugar de donde vinieron las histonas eucariotas, dice. Un "proto-eucariota" que tenía dobletes de histonas puede ser ancestral de los virus grandes y eucariotas y habrá entregado las proteínas junto con cada cepa de organismos en el pasado mucho tiempo.

Warnecke, sin embargo, se muestra escéptico a la hora de inferir relaciones filogenéticas a partir de secuencias virales, que son notoriamente mutables. Como definió en un correo electrónico a Quanta, las causas además de la ascendencia compartida pueden aclarar cómo terminaron las histonas en cada linaje. Además, el concepto requeriría que las histonas se doblen más tarde en las histonas H2A, H2B, H3 y H4, ya que no hay dobletes de estas histonas en eucariotas existentes. “No está claro cómo y por qué pudo haber ocurrido eso”, escribió.

Aunque Warnecke no debería estar satisfecho de que las histonas virales nos informen mucho sobre el origen de las histonas eucariotas, está fascinado por sus capacidades potenciales. Una posibilidad es que ayuden a compactar el ADN viral. Otro concepto es que podrían estar ocultando el ADN viral de las defensas del huésped.

Las histonas han tenido innumerables funciones desde el amanecer de los tiempos. Sin embargo, fue en realidad dentro de los eucariotas que crecieron hasta convertirse en los ejes de una vida complicada y numerosas mejoras evolutivas. Es por eso que Martin llama a la histona "un bloque de construcción fundamental que de ninguna manera podría comprender todo su potencial sin la ayuda de las mitocondrias".

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En general, el extremo 3 'de los ARNm de histonas canónicas consta de una secuencia conservada de 25-26 nucleótidos, que incluye 5 nucleótidos antes del tallo-loop, el tallo-loop de 16 nucleótidos y 4-5 nucleótidos después del tallo-loop. Esta secuencia se conserva evolutivamente en metazoos con una variedad de características que son invariables, incluidos los nucleótidos en el tallo, en el bucle y antes del tallo. Es importante destacar que solo una proteína, la proteína de unión del tallo-bucle (SLBP), se une a esta secuencia de 26 nucleótidos del tallo-bucle y contribuye a todos los aspectos del metabolismo del ARNm de histonas. Dentro de SLBP hay un pequeño dominio de unión al ARN (RBD) de 73 aminoácidos que no es como el RBD de ninguna otra proteína de unión al ARN. Por lo tanto, dado que estos ARNm canónicos de histonas no tienen la cola poli (A) típica de 3 ', requieren un conjunto distinto de factores para el metabolismo y la regulación.

Los ARNm de histonas solo están presentes en la fase S del ciclo celular, la parte del ciclo celular en la que se replica el ADN. Los ARNm de histonas dependientes de la replicación deben expresarse rápidamente al comienzo de la fase S y deben existir en niveles altos a lo largo de la fase S para proporcionar histonas para empaquetar el ADN recién sintetizado. Se destruyen cuando se completa la fase S o se degradan rápidamente durante la fase S si se interrumpe la replicación del ADN. Este tipo de regulación también requiere factores especializados elaborados específicamente para estos ARNm de histonas.

Como se mencionó anteriormente, dado que tienen un extremo 3 ′ único, los ARNm de histonas requieren un conjunto diferente de factores para su síntesis y traducción, incluido el ARN nuclear pequeño U7 (ARNnn) y las proteínas similares a Sm LSm10, LSm11 (componentes de U7 snRNP), SLBP y proteína 1 que interactúa con SLBP (SLIP1). Además, hay algunos factores de la maquinaria metabólica implicados en el metabolismo del ARNm de las histonas que se superponen con los ARNm con colas poli (A). Por tanto, la regulación de los ARNm de histonas es bastante complicada y debe realizarse de una manera muy eficaz. Aún quedan muchos aspectos de estos procesos por descubrir.

De hecho, este es precisamente el interés del profesor William F. Marzluff y su equipo en la Universidad de Carolina del Norte. Su laboratorio, junto con el laboratorio del profesor Schümperli en la Universidad de Berna, fue el primero en clonar el cDNA para SLBP, que, como se mencionó anteriormente, une el extremo 3 'del mRNA de histona y participa en todos los aspectos del metabolismo del mRNA de histona. El laboratorio del profesor Marzluff tiene como objetivo comprender cómo SLBP lleva a cabo sus múltiples funciones, cómo se regula la misma SLBP y cómo esta regulación está conectada con otros reguladores del ciclo celular involucrados en la regulación del ARNm de histonas. A lo largo de los años, él y sus colegas han investigado estas cuestiones utilizando modelos de mamíferos y, junto con el profesor Robert Duronio, de drosophila (mosca de la fruta).

SLBP en mamíferos

Como hemos comentado, los ARNm de histonas son únicos en el sentido de que no contienen colas de poli (A). Dado que la cola poli (A) es el sitio principal para la regulación del ARNm, comprender cómo se regulan los ARNm de histonas que carecen de una cola poli (A) es un área de investigación única. Un avance clave fue la clonación de SLBP. El profesor Marzluff y sus colegas utilizaron un sistema de selección de tres híbridos de levadura desarrollado por el profesor Marvin Wickens para clonar proteínas de unión al ARN. Clonaron el ADNc de la SLBP de humanos y ranas. La SLBP de mamífero es una proteína única de 31 kD que no está relacionada con otras proteínas en la base de datos y contiene un nuevo dominio de unión al ARN de 73 aminoácidos. El profesor Marzluff y su grupo desarrollaron anticuerpos específicos para la SLBP clonada, lo que les permitió estudiar la función de la SLBP. Estos avances del profesor Marzluff y su equipo han allanado el camino para gran parte de la investigación realizada en este campo. Demostraron que la SLBP es la proteína principal que se une al extremo 3 'del ARNm de histona tanto en el núcleo como en el citoplasma y que es necesaria para el procesamiento del pre-ARNm de histona. También demostraron que SLBP se une al extremo 3 'del tallo-bucle del ARNm de histona en polirribosomas. Por tanto, SLBP funciona tanto en el núcleo como en el citoplasma. Además, la SLBP está estrechamente regulada como el ARNm de las histonas, y la proteína SLBP está presente solo en la fase S, lo que indica que la regulación de la SLBP es un componente importante de la regulación del ARNm de las histonas. El descubrimiento de SLBP fue de gran importancia, ya que, en palabras del profesor Marzluff: "esta proteína es fundamental para todo lo relacionado con el metabolismo del ARNm de las histonas. Uno de los días más emocionantes se produjo 17 años después del descubrimiento de SLBP cuando pudimos ver por primera vez la estructura de SLBP unida al ARN de tallo, como resultado de los esfuerzos del Dr. Dhazi Wang y el profesor Liang Tong (Universidad de Columbia), quienes cristalizó el complejo SLBP-ARN '.

Más allá de SLBP en mamíferos

La formación de ARNm maduros requiere el procesamiento en el extremo 3 'de los pre-ARNm nucleares. La mayoría de los pre-ARNm se someten a un paso de escisión que se acopla a la adición de la cola de poli (A). Por el contrario, como ha demostrado el grupo del profesor Marzluff, la escisión de los pre-ARNm de histonas dependientes de la replicación de metazoos se produce mediante un mecanismo diferente, que no va seguido de la adición de una cola poli (A). Para los pre-ARNm de histonas, se requieren dos elementos de secuencia para el procesamiento, el tallo-bucle y el elemento de histona corriente abajo (HDE), y la escisión se produce entre estos dos elementos. El equipo tuvo como objetivo identificar el factor misterioso directamente responsable de la escisión de los pre-ARNm de histonas. En estudios dirigidos por el profesor Zbig Dominski, identificaron una proteína conocida como CPSF-73, que también es la enzima que escinde todos los demás pre-ARNm antes de la poliadenilación. Este hallazgo sugirió fuertemente que los pre-mRNA de histonas, así como los otros pre-mRNA que experimentan escisión / poliadenilación, utilizan la misma endonucleasa durante el procesamiento del extremo 3 '. "Este resultado significó que probablemente había dos complejos que contenían CPSF-73, uno para ARNm poliadenilados y otro para ARNm de histonas", explica el profesor Marzluff.

Sin embargo, todavía se desconocía el mecanismo por el cual CPSF73 se recluta para pre-ARNm de histonas. Una parte del complejo de procesamiento que pensaron que probablemente participaría directa o indirectamente en este proceso es Lsm11, un componente de U7 snRNP. Para probar esto, el profesor Marzluff y sus colegas investigaron proteínas que interactúan con Lsm11 y descubrieron que la proteína FLASH interactúa con la región N-terminal de Lsm11. Anteriormente, se demostró que FLASH se localiza en las proximidades de los loci de genes de histonas y se ha demostrado que es necesario para la progresión de la fase S, lo que sugiere que podría desempeñar un papel en la expresión de genes de histonas. Durante sus investigaciones, el equipo, nuevamente dirigido por el profesor Dominski, reveló que FLASH es un factor esencial para el procesamiento del extremo 3 'de los pre-ARNm de histonas. También demostraron que este papel se conserva entre vertebrados e invertebrados. FLASH es central en el complejo de procesamiento porque junto con Lsm11 recluta y / o activa CPSF-73. También puede desempeñar un papel vital en la integración de la expresión de genes de histonas con otros eventos celulares, incluida la progresión del ciclo celular y la apoptosis. Este hallazgo fue el gran avance que permitió al profesor Marzluff y su equipo continuar identificando la maquinaria de división de histonas.

El profesor Marzluff y sus colegas definieron un subcomplejo de factores poli (A) que son necesarios para el procesamiento de pre-ARNm de histonas. Estos factores están presentes en un complejo estable e interactúan con factores de procesamiento específicos de histonas. Los resultados de este estudio sugieren que existe un factor de escisión central común que se requiere para el procesamiento de histonas y pre-mRNA poliadenilados.

Regulación del ARNm de histonas en Drosophila

Al mismo tiempo que el profesor Marzluff y sus colegas estaban investigando el papel de SLBP y otros reguladores de ARNm de histonas en células de mamíferos, también investigaron la función de estas proteínas genéticamente durante los últimos 15 años en colaboración con el profesor Duronio, utilizando Drosophila como modelo. sistema. Para examinar la función de SLBP genéticamente, el profesor Marzluff y su equipo clonaron el gen que codifica Drosophila SLBP (dSLBP) y aislaron moscas con mutantes en el gen SLBP. Descubrieron que cada uno de los genes de histonas de Drosophila poseía un sitio poli (A) justo después del vástago de histona, lo que permitía a las moscas producir ARNm de histona poliadenilado. Estas células eran viables, pero las moscas no se convirtieron en adultos. Este hallazgo permitió al equipo realizar numerosos estudios genéticos sobre la expresión de genes de histonas.

Si bien los ARNm de histonas de metazoos son únicos porque sus pre-ARNm no contienen intrones, y los ARNm poseen una estructura de tallo en bucle conservada en lugar de colas de poli (A), en Drosophila hay señales de poli (A) canónicas ubicadas aguas abajo del sitio de escisión normal de cada uno. gen de las histonas. Estas señales se emplean cuando se inhibe la formación del extremo 3 'de la histona.

Los ARNm de histonas se sintetizan en un subcompartimento distinto del núcleo, denominado cuerpo del locus de histonas (HLB), que concentra muchos de los factores necesarios para la biosíntesis de ARNm de histonas. Como se mencionó anteriormente, la proteína FLASH y U7 snRNP son componentes del HLB que participan en el procesamiento 3 'de los ARNm de histona no poliadenilados mediante el reclutamiento de la endonucleasa CPSF-73 en el pre-ARNm de histona. Junto con el profesor Duronio, examinaron más a fondo este proceso en Drosophila utilizando transgenes para complementar un mutante FLASH. Estos estudios revelaron que los dominios únicos de FLASH implicados en la unión de snRNP de U7, la escisión de pre-ARNm de histonas y la localización de HLB son todos necesarios in vivo para una función adecuada de FLASH. Además, la manipulación genética de la composición de HLB utilizando mutaciones en FLASH reveló que las mutaciones en el factor de ensamblaje de HLB Mxc conducen a la falta de concentración de FLASH y / o U7 snRNP en el HLB y a un procesamiento de pre-ARNm de histonas deficiente. Este mal funcionamiento conduce a la acumulación de pequeñas cantidades de ARNm de histona poliadenilada y transcripciones nacientes de lectura completa en el locus de las histonas. En última instancia, estos hallazgos demuestran que HLB concentra FLASH y U7 snRNP para respaldar la biosíntesis eficiente de ARNm de histonas y revelar el acoplamiento del procesamiento del extremo 3 'con la terminación de la transcripción.

La persistencia es necesaria

El profesor Marzluff y sus colegas han estado investigando la regulación de los ARNm de histonas desde principios de la década de 1980. A lo largo de los años, como se describió anteriormente, han realizado descubrimientos críticos sobre cómo se regulan los ARNm de histonas a lo largo del ciclo celular. El profesor Marzluff alude al hecho de que estos descubrimientos no han sido fáciles: `` Estuvimos atrapados en algunas cosas durante 20 años antes de poder resolverlo, esto anima a la gente a ser persistente ''. El gran número de estudiantes talentosos y becarios postdoctorales que no solo llevó a cabo los experimentos, sino que a menudo hizo que las ideas clave que resultaron en descubrimientos novedosos merecen crédito por gran parte del trabajo. De hecho, su persistencia continúa, ya que su laboratorio se centra en todos los aspectos del metabolismo del ARNm de histonas utilizando una combinación de enfoques bioquímicos, biológicos moleculares y genéticos.

Conoce al investigador


Profesor William F. Marzluff

Profesor distinguido William Rand Kenan
Departamento de Bioquímica y Biofísica
Universidad de Carolina del norte
Chapel Hill
Estados Unidos

El profesor William Marzluff comenzó su investigación sobre bioquímica y regulación genética durante el último año de su licenciatura en la Universidad de Harvard. Después de esto, pasó a recibir un doctorado. en 1971 de la Universidad de Duke para una tesis titulada "Especificidad de especies de acetilación de histonas". Tras su formación postdoctoral en la Universidad Johns Hopkins, en 1974 ocupó un puesto en la División de Bioquímica del Departamento de Química de la Universidad Estatal de Florida. El profesor Marzluff luego se mudó a la Universidad de Carolina del Norte en 1991, donde dirigió un programa de Biología Molecular que fue una colaboración entre la Facultad de Artes y Ciencias y la Facultad de Medicina. Aquí, también se desempeñó durante 13 años como Decano Asociado de Investigación en la Facultad de Medicina. Durante la formación de pregrado, posgrado y posdoctorado del profesor Marzluff, también fue un ávido jugador de rugby, primero para el equipo de Harvard, luego para Duke y finalmente para la ciudad de Baltimore como investigador posdoctoral.

COLABORADORES CLAVE

Profesor Robert Duronio, Universidad de Carolina del Norte, EE. UU.
Dr. Dhazi Wang, Universidad de Colombia, EE. UU.
Profesor Liang Tong, Universidad de Colombia, EE. UU.
Profesor Zbig Dominski, Universidad de Carolina del Norte, EE. UU.


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