Probablemente sorprenderá saber que el ADN de cada una de nuestras células mide cerca de dos metros de longitud, aunque la anchura de esta molécula es de solo dos milmillonésimas de metro. Para apreciar lo que esto significa, consideremos que, si estas dimensiones se traspasaran a un camino de solo dos metros de anchura, su longitud sería de dos millones de kilómetros, es decir, más de cinco veces la distancia de la tierra a la luna, y el caminito daría alrededor de cincuenta vueltas al planeta en su ecuador.
Los dos metros de longitud del ADN contienen, en una ristra de cuatro moléculas diferentes unidas unas detrás de las otras –las cuatro “letras” del ADN– todas las instrucciones necesarias para producir un ser humano funcional y generar los más de doscientos tipos de células diferentes que componen su organismo. Cada una de estas células guardará en su interior los casi dos metros de una copia de ese ADN.
A nadie se le escapa que la longitud de una célula es mucho menor de dos metros. Se estima que la célula más pequeña del organismo puede medir unas cinco micras de diámetro, es decir, tiene una longitud unas cuatrocientas mil veces menor que la del ADN albergado en sus cromosomas. ¿Cómo consigue guardarlo en su interior?
La respuesta a esta pregunta es fácil de comprender. Al igual que la lana de un ovillo es de una longitud mayor que la mayor longitud de nuestro piso, el ADN puede igualmente guardarse dentro de una célula de mucha menor longitud enrollado en ovillos. Estos ovillos están formados por ocho proteínas centrales, denominadas histonas, que hacen el papel del canuto central del ovillo. Alrededor de ellas se enrollan algo menos de dos vueltas de hebra de ADN. Millones de estos pequeños ovillos, denominados nucleosomas, se empaquetan con otras proteínas en una estructura más densa, llamada cromatina, que forma los cromosomas.
Esto soluciona el problema del almacenamiento de ADN de una maneta ordenada, evitando que este se enrede entre sí y forme nudos que complicarían los procesos celulares. Sin embargo, el empaquetado del ADN en una ristra de ovillos de menos de dos vueltas cada uno y compactados entre sí crea otro grave problema. Al contrario que el hilo de un ovillo de lana, el ADN contiene información a la que la célula debe acceder continuamente con rapidez para utilizarla. Si la información no puede ser leída cuando es necesario, no sirve de nada almacenarla. ¿Cómo solucionan las células esta seria dificultad?
Tensión liberadora
Es este un problema que, sin embargo, ha conferido algunas ventajas para la supervivencia, o los organismos no habrían dedicado energía y recursos a solucionarlo. A lo largo de la evolución de muchos organismos, estos han ido adquiriendo genes que aumentaban la longitud de su ADN, pero que también les permitían realizar nuevas funciones que facilitaban su supervivencia. Cuando la cantidad de ADN no era mucha, no se necesitaban complicadas formas de almacenarlo. Pensemos que las bacterias actuales carecen de histonas y no es necesario que guarden particulares precauciones para almacenar su ADN. La información contenida en este es accesible prácticamente en cada momento de la vida de la bacteria. No sucede lo mismo con las células eucariotas, que contienen un núcleo donde guardan sus largos centímetros de ADN, en sus cromosomas. Sin embargo, aunque este largo ADN es difícil de almacenar y es también más complicado acceder a la información en él contenida, el mayor número de genes ha conferido tales ventajas a los organismos eucariotas que ha valido la pena hacer el esfuerzo evolutivo de almacenarlo de manera ordenada y de desarrollar sistemas moleculares para acceder a la información genética que contiene.
Para conseguir esto es necesario permitir que todas las “letras” del ADN puedan ser leídas en un momento u otro. La lectura de las “letras” supone que algunas proteínas particulares puedan encontrar esas letras y a partir de ellas puedan comenzar a hacer alguna cosa, como, por ejemplo, fabricar un ARN que luego permitirá la generación de una proteína concreta, o modificar químicamente el ADN en un sitio particular.
Las “letras” que se encuentran en el nucleosoma dando esas dos vueltas a las histonas no son accesibles a esas proteínas, pero sí lo son las “letras” que se encuentran en la intersección entre dos nucleosomas, en la zona espaciadora entre ellos. Para permitir el acceso a todas las “letras” en algún momento, el ADN enrollado en los nucleosomas debe deslizarse a su alrededor, cambiando así la zona de este que se encuentra dando las dos vueltas a las histonas centrales y permitiendo que el ADN enrollado se desplace hacia la zona de intersección entre dos nucleosomas, donde las “letras” pueden ser “leídas”. En otras palabras, la hebra de ADN no está enrollada de una manera fija a las histonas centrales del nucleosoma, sino que puede deslizarse a su alrededor como lo hace una cuerda alrededor de una polea. Este deslizamiento requiere de proteínas especiales para llevarlo a cabo, las cuales necesitan energía metabólica para actuar, puesto que cualquier movimiento consume energía.
Recientemente, un equipo de investigación ha estudiado el mecanismo por el que funciona una proteína, llamada CHD4, que interviene en todo este proceso de deslizado del ADN alrededor de los ovillos que forman los nucleosomas. Sorprendentemente, han descubierto que el proceso sucede a “golpes”. La proteína va empujando de la hebra de ADN hacia el nucleosoma y metiendo “letras” en el ovillo, generando así una tensión que, sin embargo, no consigue inicialmente producir movimiento alguno. Cuando entre 4 y 6 “letras” han sido introducidas en el ovillo y al final la tensión es suficientemente elevada, el deslizamiento se produce bruscamente, 4 o 6 letras salen por la otra parte del ovillo, la tensión se relaja y esas letras pueden ahora ser “leídas” por las proteínas celulares. Esto sucede miles de millones de veces al día en cada cromosoma de nuestras células. ¿No es maravilloso?
El funcionamiento correcto de este mecanismo es fundamental y una menor eficacia de este está asociada a la aparición de varias enfermedades, probablemente causadas por una disminución del acceso a la información contenida en el ADN. Conocer bien cómo funciona este mecanismo puede, por tanto, ser importante para intervenir sobre él y corregirlo cuando sea preciso.
Referencia: Yichen Zhong, et al. NATURE COMMUNICATIONS (2020) 11:1519 | https://doi.org/10.1038/s41467-020-15183-2
Jorge Laborda, 24 de mayo de 2020
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