Introducción:
La organización del genoma dentro del núcleo es crucial para las funciones celulares. La cohesina, un complejo proteico de múltiples subunidades, desempeña un papel central en la configuración de la arquitectura tridimensional del genoma al mediar en la formación de bucles. El bucle acerca elementos reguladores distantes, lo que permite interacciones que controlan la expresión genética y otros procesos celulares esenciales. En este artículo, profundizamos en los mecanismos por los cuales la cohesina logra el bucle genómico y sus implicaciones para la regulación genética y la organización del genoma.
Mecanismos de bucle del genoma mediado por cohesina:
1. Estructura del anillo y unión al ADN:
La cohesina forma una estructura similar a un anillo que abraza el ADN. El complejo de cohesina rodea el ADN de doble cadena y establece contactos físicos a través de sus dominios en espiral. Esta arquitectura en forma de anillo permite que la cohesina mantenga unidos los segmentos de ADN, creando la base para la formación de bucles.
2. Extrusión de bucle:
El modelo predominante para el bucle del genoma mediado por cohesina es la extrusión de bucles. La extrusión de bucles implica el movimiento procesivo de cohesina a lo largo del ADN, extruyendo activamente segmentos de ADN para formar bucles. Este proceso dinámico es impulsado por la hidrólisis del ATP dentro del complejo de cohesina, lo que crea una fuerza mecánica que empuja el ADN fuera del anillo, lo que da como resultado la formación de bucles.
Factores que regulan el bucle de cohesina:
1. Carga y Descarga de Cohesina:
La carga y descarga de cohesina en el ADN es fundamental para establecer y liberar bucles genómicos. La carga de cohesina está regulada por varios factores, incluida la presencia de secuencias de ADN específicas (motivos) y complejos de carga de cohesina. Por el contrario, la descarga de cohesina se ve facilitada por la acción de factores de escisión y proteínas reguladoras que eliminan la cohesina del ADN, lo que permite desmontar los bucles.
2. Arquitectura y transcripción del ADN:
La estructura tridimensional del ADN y la actividad transcripcional pueden influir en el bucle de cohesina. Los elementos del ADN, como los elementos límite y los aislantes transcripcionales, pueden servir como barreras que bloquean la extrusión de cohesina, dando forma a los límites de los bucles. La transcripción también puede afectar la ocupación de cohesina y la formación de bucles, ya que la colisión de la ARN polimerasa con la cohesina puede detener la extrusión de bucles.
Implicaciones para la regulación genética y la organización del genoma:
1. Interacciones potenciador-promotor:
El bucle del genoma mediado por cohesina facilita las interacciones de largo alcance entre potenciadores y promotores, lo que permite que elementos reguladores remotos controlen la expresión génica. Al acercar los potenciadores a sus promotores objetivo, los bucles de cohesina establecen redes reguladoras que gobiernan los patrones de expresión génica específicos de cada tipo de célula.
2. Compartimentación nuclear:
Los bucles de cohesina contribuyen a la organización del genoma en distintos dominios funcionales dentro del núcleo. El bucle ayuda a demarcar dominios de asociación topológica (TAD), que son regiones del genoma que exhiben altos niveles de autointeracción. Esta compartimentación permite la organización espacial de genes y elementos reguladores, facilitando una regulación genética eficiente y la función del genoma.
3. Arquitectura cromosómica:
La cohesina desempeña un papel crucial en la configuración de la arquitectura general de los cromosomas. El bucle reúne varias regiones genómicas, lo que influye en el plegamiento y la segregación de los cromosomas durante la división celular. Esta organización asegura la transmisión fiel del material genético durante la mitosis y la meiosis.
Conclusión:
El bucle del genoma mediado por cohesina es un proceso fundamental que da forma a la organización tridimensional del genoma. Mediante la formación de bucles, la cohesina organiza elementos reguladores, facilita el control de la expresión génica y contribuye a la compartimentación nuclear. Comprender los mecanismos del bucle de cohesina es esencial para desentrañar las complejidades de la regulación del genoma y la arquitectura nuclear y, en última instancia, arrojar luz sobre diversos procesos celulares y enfermedades humanas. Investigaciones adicionales en este campo son prometedoras para descifrar el intrincado lenguaje del plegamiento del genoma y sus implicaciones para la función celular y la salud humana.
