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El papel secreto que desempeñan las histonas en la evolución celular compleja

El papel secreto que desempeñan las histonas en la evolución celular compleja

Las histonas en la evolución celular compleja

Las histonas, Tobias Warnecke, que estudia histonas de arqueas en el Imperial College de Londres, piensa que “hay algo especial que debe haber sucedido en los albores de los eucariotas, cuando pasamos de tener histonas simples … a tener nucleosomas octaméricos. Y parecen estar haciendo algo cualitativamente diferente «.

Sin embargo, qué es eso sigue siendo un misterio. En las especies de arqueas, hay “bastantes que tienen histonas y hay otras especies que no tienen histonas. E incluso los que tienen histonas varían bastante ”, dijo Warnecke. El pasado mes de diciembre publicó un artículo en el que mostraba que existen diversas variantes de proteínas histonas con diferentes funciones. Los complejos de histona-ADN varían en su estabilidad y afinidad por el ADN. Pero no están organizados de forma tan estable o regular como los nucleosomas eucariotas.

Por desconcertante que sea la diversidad de histonas de arqueas, brinda la oportunidad de comprender las diferentes formas posibles de construir sistemas de expresión génica. Eso es algo que no podemos deducir del relativo «aburrimiento» de los eucariotas, dice Warnecke: a través de la comprensión de la combinatoria de los sistemas arqueales, «también podemos descubrir qué tienen de especial los sistemas eucariotas». La variedad de diferentes tipos y configuraciones de histonas en las arqueas también puede ayudarnos a deducir lo que podrían haber estado haciendo antes de que solidificara su papel en la regulación genética.

Un papel protector para las histonas

Debido a que las arqueas son procariotas relativamente simples con genomas pequeños, «no creo que el papel original de las histonas fuera controlar la expresión génica, o al menos no de la manera que estamos acostumbrados en los eucariotas», dijo Warnecke. En cambio, plantea la hipótesis de que las histonas podrían haber protegido al genoma del daño.

Las arqueas a menudo viven en ambientes extremos, como fuentes termales y respiraderos volcánicos en el fondo marino, caracterizados por altas temperaturas, altas presiones, alta salinidad, alta acidez u otras amenazas. La estabilización de su ADN con histonas puede dificultar la fusión de las cadenas de ADN en esas condiciones extremas. Las histonas también podrían proteger a las arqueas contra invasores, como fagos o elementos transponibles, que tendrían más dificultades para integrarse en el genoma cuando se envuelven alrededor de las proteínas.

Kurdistani está de acuerdo. «Si estuvieras estudiando arqueas hace 2 mil millones de años, la compactación del genoma y la regulación de genes no son las primeras cosas que te vendrían a la mente cuando piensas en las histonas», dijo. De hecho, ha especulado tentativamente sobre un tipo diferente de protección química que las histonas podrían haber ofrecido a las arqueas.

Julio pasado, El equipo de Kurdistani informó que en los nucleosomas de levadura, hay un sitio catalítico en la interfaz de dos proteínas histonas H3 que pueden unirse y reducir electroquímicamente el cobre. Para desentrañar el significado evolutivo de esto, Kurdistani se remonta al aumento masivo de oxígeno en la Tierra, el Gran Evento de Oxidación, que ocurrió alrededor de la época en que los eucariotas evolucionaron por primera vez hace más de 2000 millones de años. Los niveles más altos de oxígeno deben haber causado una oxidación global de metales como el cobre y el hierro, que son críticos para la bioquímica (aunque tóxicos en exceso). Una vez oxidados, los metales se habrían vuelto menos disponibles para las células, por lo que cualquier célula que mantuviera los metales en forma reducida habría tenido una ventaja.

Durante el Gran Evento de Oxidación, la capacidad de reducir el cobre habría sido «un bien extremadamente valioso», dijo Kurdistani. Podría haber sido particularmente atractivo para las bacterias que fueron precursoras de las mitocondrias, ya que la citocromo c oxidasa, la última enzima en la cadena de reacciones que las mitocondrias usan para producir energía, requiere cobre para funcionar.

Debido a que las arqueas viven en ambientes extremos, es posible que hayan encontrado formas de generar y manipular el cobre reducido sin morir por él mucho antes del Gran Evento de Oxidación. Si es así, las proto-mitocondrias podrían haber invadido los anfitriones de las arqueas para robar su cobre reducido, sugiere Kurdistani.

Siavash Kurdistani, bioquímico de la Universidad de California, Los Ángeles, ha especulado sobre cómo las capacidades catalíticas de algunas histonas podrían haber apoyado la endosimbiosis que produjo eucariotas.Fotografía: Reed Hutchinson / UCLA Broad Stem Cell Research Center

La hipótesis es intrigante porque podría explicar por qué aparecieron los eucariotas cuando los niveles de oxígeno aumentaron en la atmósfera. «Había 1.500 millones de años de vida antes de eso, y no había señales de eucariotas», dijo Kurdistani. «Entonces, la idea de que el oxígeno impulsó la formación de la primera célula eucariota, para mí, debería ser fundamental para cualquier hipótesis que intente llegar a por qué se desarrollaron estas características».