Biologia
Noves possibilitats estructurals per a la condensació dels cromosomes
La cromatina és el material amb què es formen els cromosomes. Generalment s'accepta que el DNA s'empaqueta en els cromosomes durant la mitosi seguint una successió de plegaments de fibres de cromatina. Segons un treball realitzat per investigadors de la UAB, la cromatina, a més de fibres, forma grànuls i plaques. Per tant, poden existir formes prèviament desconegudes d'empaquetament del DNA en els cromosomes.
Referències
Article: J.M. Caravaca, S. Caño, I. Gállego i J.R. Daban (2005) "Structural elements of bulk chromatin within metaphase chromosomes" Chromosome Research, 13: 725-743.
Actualment sabem que el DNA s'uneix a les proteïnes histones per a formar llargues cadenes de nucleosomes, les quals es pleguen i generen fibres de cromatina de 30-40 nm de diàmetre. Generalment es considera que la cromatina es condensa durant la mitosi formant varis nivells de plegament helicoïdal i que la fibra de 30-40 nm és l'element inicial del plegament. No obstant, el coneixement sobre l'estructura molecular de la cromatina condensada al màxim dins els cromosomes metafàsics és molt limitat. En particular, nosaltres hem demostrat en un estudi previ (J.R. Daban, 2000, Biochemistry 39: 3861-3866) que l'elevada concentració de DNA en els cromosomes metafàsics no es pot justificar a partir dels models de fibra de cromatina de baixa densitat correntment acceptats a la bibliografia actual.
En aquest treball hem realitzat un estudi de microscòpia electrònica de transmissió sobre l'estructura dels cromosomes metafàsics en funció de les condicions iòniques. Les imatges de microscòpia electrònica han estat obtingudes al Servei de Microscòpia de la UAB. Hem observat que a més de fibres de 30-40 nm, la cromatina dels cromosomes forma grànuls i plaques. De fet, els cromosomes tan sols presenten una estructura global de tipus fibril·lar quan s'incuben en condicions de molt baixa concentració salina, o en presència d'aigua. És a dir, en condicions molt allunyades de les fisiològiques.
A concentracions iòniques lleugerament superiors, els cromosomes presenten una estructura global granular. Els grànuls observats tenen un diàmetre d'aproximadament 35 nm i son idèntics a les estructures cilíndriques compactes estudiades en els nostres treballs previs realitzats amb petits fragments de cromatina purificada (S. Bartolomé et al., 1995, J. Biol. Chem. 270: 22514-22521; J.R. Daban i A. Bermúdez,1998, Biochemistry 37: 4299-4304).
En solucions que contenen les concentracions de cations monovalents i divalents corresponents a la metafase, els cromosomes són globalment molt densos i al seu entorn es poden veure plaques compactes molt llises, que estan formades per vàries capes. Aquestes estructures en forma de placa no havien estat mai descrites anteriorment. Les plaques es poden veure molt abundantment després de fer incubacions a 37ºC en molt diverses condicions iòniques. Una d'aquestes plaques es presenta a la figura que acompanya a aquest resum. La placa és de grans dimensions (la barra de la figura correspon a 100 nm) i està unida a un cromosoma que tan sols es mostra parcialment (Chr). En aquesta figura les vores de les vàries capes de la placa es poden veure ben contrastades perquè la micrografia electrònica s'ha obtingut després d'ombrejar unidireccionalment amb platí la mostra estesa sobre la reixeta. A més, a partir de la longitud de les ombres produïdes hem pogut determinar l'alçada de moltes plaques. La mitjana dels valors obtinguts és: 6.7±1.4 nm. També hem observat que quan les plaques són tractades amb elevades concentracions de NaCl, es desnaturalitzen parcialment i es poden veure fibres de cromatina al seu entorn.
Aquests resultats, juntament amb els que hem obtingut en l'estudi de les estructures agregades formades per associació de petits fragments purificats de cromatina, que també es recullen en aquesta publicació, permeten suggerir relacions estructurals senzilles entre els tres elements observats en diverses condicions: fibres, grànuls i plaques. En conjunt, els resultats obtinguts suggereixen noves possibilitats estructurals per a l'empaquetament del DNA en els cromosomes metafàsics.
Juan Manuel Caravaca, Silvia Caño, Isaac Gállego, Joan-Ramon Daban
Departament de Bioquímica i de Biologia Molecular
Universitat Autònoma de Barcelona
2024 Universitat Autònoma de Barcelona
B.11870-2012 ISSN: 2014-6388