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5.8:

Remodelação do Nucleossomo

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Molecular Biology
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Nucleosome Remodeling

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O arranjo ordenado de nucleossomas resulta em uma organização compacta e protetora da cromatina, que pode obstruir o acesso à informação genética de várias maneiras. Primeiramente, as proteínas DNA-ligantes, tais como RNA polimerase não podem facilmente associar-se com o DNA ligado a superfície da histona. Além disso, o DNA enrolado em torno da histona é altamente dobrado, fazendo com que fique não reconhecível pelas proteínas de ligação de DNA.Finalmente, proteínas não histona pode ser associada com nucleossomas, causando mais compactação. Portanto, células eucarióticas têm enzimas chamado ATP-dependente cromatina remodelando complexos, que podem temporariamente e localmente remodelar os nucleossomas. Estes complexos contêm uma subunidade de hidrolisação de ATP que liga ambas às proteínas histonas e à ferida do DNA em torno dela.A hidrólise de ATP fornece a energia necessária para interromper a interação Entre o núcleo histona e o DNA. A energia obtida de múltiplas rodadas de hidrólise de ATP permite que os complexos de remodelação causem deslizamento nucleário, um processo onde a histona é movido ao longo do DNA sem dissociar dele. O deslizamento do núcleo é explicado melhor pelo modelo da propagação do laço-bulge.Aqui, o DNA da região do ligante é empurrado para o núcleo da histona, formando um loop. Este Bulge propaga então em torno do núcleo da histona como uma onda, quebrando e reformando interações do DNA da histona. Este processo muda o núcleo da histona ao longo do DNA, expondo as sequências de DNA até então inacessíveis.Complexos remodelando, na associação com chaperones histonas, facilitam parcial ou completamente A recolocação de núcleos octâmero de nucleossomas, indiretamente afetando o dobramento da cromatina. Por exemplo, a substituição da histona H3 com histonas H3 por centrômeros específicos, marca a localização do centrômero no cromossoma. As proteínas não-histonas de ligação ao DNA também influenciam a posição e estabilidade do nucleossoma.Algumas proteínas ligadas podem favorecer a formação de nucleossomas. E outras proteínas não podem permitir que nucleossomas se formem em sua vizinhança. A localização exata dos nucleossomas depende, portanto, da natureza das proteínas não-histonas de ligação ao DNA.E devido à presença dos complexos remodelando a cromatina, a composição e o arranjo de nucleossomas é altamente dinâmico.

5.8:

Remodelação do Nucleossomo

Os nucleossomas são as unidades básicas de compactação da cromatina. Cada nucleossoma consiste em DNA ligado firmemente em torno de um núcleo de histonas, que torna o DNA inacessível a proteínas de ligação de DNA, como DNA polimerase e RNA polimerase. Por conseguinte, o problema fundamental é garantir o acesso ao DNA quando apropriado, apesar da estrutura compacta e protetora da cromatina.

Complexo de remodelação de nucleossomas

As células eucarióticas possuem enzimas especializadas chamadas enzimas de remodelação de nucleossomas dependentes de ATP. Estas enzimas ligam-se tanto às histonas como ao DNA enrolado e podem facilitar o deslizamento de nucleossomas – um processo onde o DNA é empurrado em relação ao núcleo de histonas, ou a substituição parcial ou completa do núcleo de histonas, alterando a composição de nucleossomas e afectando indiretamente o empacotamento da cromatina. Um dos complexos de remodelação mais conhecidos é o Swi/Snf, identificado originalmente em levedura.

Mecanismo de ação

Dois modelos são propostos para explicar o deslizamento de nucleossomas – Difusão por torção e Propagação de protuberância. Ambos os modelos sugerem que a distorção do DNA se propaga sobre a superfície do nucleossoma.

Modelo de difusão por torção

De acordo com este modelo, um único par de bases é transferido entre o DNA ligado e o DNA envolvido em torno do núcleo de histonas. Esta alteração de bases faz com que o DNA nucleossómico se torça ou destorça para acomodar o ganho/perda de pares de bases. O defeito da torção propaga-se então pelo nucleossoma de um segmento de DNA para o seguinte em um processo conhecido como o difusão por torção. Assim, o octâmero de histonas deslocar-se-ia juntamente com o DNA pelo tamanho da distorção.

Modelo de protuberância

De acordo com este modelo, o DNA da região de ligação desloca-se transitoriamente em torno do nucleossoma, criando uma protuberância. A protuberância viaja então ao redor da histona, criando ou rompendo as interações histona-DNA. Desta forma, o núcleo do nucleossoma desliza pela cadeia de DNA, expondo regiões de DNA para atividades genéticas.

Dada a complexidade do empacotamento da cromatina, ambos os modelos acima mencionados podem coexistir. No entanto, existem questões específicas que ambos os modelos não explicam, indicando que os processos reais podem ser ainda mais complexos. Por exemplo, como é a processividade alcançada durante o deslizamento? Como é que cada elemento do complexo de remodelação participa no processo? Como é que os remodeladores cooperam com as chaperonas histonas?

O remodelador de nucleossomas ATPase está envolvido em vários mecanismos genéticos, tais como expressão genética no desenvolvimento, transcrição rápida em resposta a estímulos ambientais, replicação do genoma, vigilância dos danos ao DNA, e reparação.

Defeitos no complexo de remodelação de nucleossomas têm uma vasta gama de consequências. Durante o desenvolvimento embrionário, falhas na remodelação de nucleossomas podem afectar a viabilidade, e causar defeitos morfológicos. Podem também provocar problemas na reparação do DNA, resultando em instabilidade do genoma e cancro.

Suggested Reading

  1. Molecular Biology of Cell, Alberts, 6th edition, Pages 190-191
  2. Bowman, Gregory D. "Mechanisms of ATP-dependent nucleosome sliding." Current opinion in structural biology 20, no. 1 (2010): 73-81.
  3. Becker, Peter B. "Nucleosome sliding: facts and fiction." The EMBO journal 21, no. 18 (2002): 4749-4753.