Los nucleosomas son las unidades básicas de compactación de la cromatina. Cada nucleosoma consiste en el ADN unido firmemente alrededor de un núcleo de histonas, lo que hace que el ADN sea inaccesible a las proteínas de unión al ADN, como la ADN polimerasa y la ARN polimerasa. Por lo tanto, el problema fundamental es garantizar el acceso al ADN cuando sea apropiado, a pesar de la estructura compacta y protectora de la cromatina.

Complejo de remodelación de nucleosomas

Las células eucariotas tienen enzimas especializadas llamadas enzimas de remodelación de nucleosomas dependientes de ATP. Estas enzimas se unen tanto a la histona como al ADN de la herida y pueden facilitar el deslizamiento de los nucleosomas, un proceso en el que el ADN es empujado en relación con el núcleo de histonas, o el reemplazo parcial o completo del núcleo de histonas, alterando la composición de los nucleosomas e indirectamente afectando el plegamiento de la cromatina. Uno de los complejos de remodelación más conocidos es el Swi/Snf, originalmente identificado en la levadura.

Mecanismo de acción

Se proponen dos modelos para explicar el deslizamiento de nucleosomas: la difusión por torsión y la propagación por bucle/protuberancia. Ambos modelos sugieren que la distorsión del ADN se propaga sobre la superficie del nucleosoma.

Modelo de difusión Twist

De acuerdo con este modelo, se transfiere un solo par de bases entre el ADN vinculado y el ADN envuelto alrededor del núcleo de histonas. Este cambio de base hace que el ADN nucleosomal se retuerza o se desenrolle para acomodar la ganancia/pérdida de pares de bases. Luego, el defecto de torsión se propaga alrededor del nucleosoma de un segmento de ADN al siguiente en un proceso conocido como difusión por torsión. De esta manera, el octámero de histonas se desplazaría junto con el ADN por el tamaño de la distorsión.

Modelo de bucle/protuberancia

De acuerdo con este modelo, el ADN de la región enlazadora se desplaza transitoriamente alrededor del nucleosoma, creando una protuberancia/bucle. Luego, el bucle viaja alrededor de la histona, creando o interrumpiendo las interacciones histona-ADN. De esta manera, el núcleo del nucleosoma se desliza sobre la cadena de ADN, exponiendo regiones de ADN para actividades genéticas.

Dada la complejidad del plegamiento de la cromatina, los dos modelos mencionados anteriormente pueden coexistir. Sin embargo, hay preguntas específicas que ambos modelos no explican, lo que indica que los procesos reales pueden ser aún más complejos. Por ejemplo, ¿cómo se logra la procesividad durante el deslizamiento? ¿Cómo participa cada elemento del complejo de remodelación en el proceso? ¿Cómo cooperan los remodeladores con las chaperonas de histonas?

La ATPasa de remodelación de nucleosomas está involucrada en varios mecanismos genéticos, como la expresión génica del desarrollo, la transcripción rápida en respuesta a señales ambientales, la replicación del genoma, la vigilancia del daño del ADN y la reparación.

Los defectos en el complejo de remodelación de nucleosomas tienen una amplia gama de consecuencias. Durante el desarrollo embrionario, el fracaso de la remodelación de los nucleosomas puede afectar la viabilidad y causar defectos morfológicos. También puede provocar problemas en la reparación del ADN, lo que resulta en inestabilidad del genoma y cáncer.