¿Cómo mantenemos la organización de nuestro ADN?

Las células de nuestro cuerpo se enfrentan al enorme reto de empaquetar cerca de 2 metros de ADN (es decir, nuestro genoma, el material genético que forma nuestros cromosomas) dentro de un pequeño compartimento llamado núcleo celular. El tamaño y forma del núcleo celular varía según los distintos tipos de células pero, en general, tiene menos de 10 micras (1/100 de un milímetro) de diámetro.

Para conseguir eso, el ADN tiene que sufrir una dramática compactación, lo que implica su enrollamiento alrededor de unas proteínas llamadas histonas, para formar la cromatina. Sin embargo, el reto no se reduce solo a empaquetar el ADN dentro del núcleo, sino también a hacerlo de manera que deje accesible regiones específicas del ADN, como pueden ser genes particulares, con el fin de ser expresados cuando sean requeridos.

Todas nuestras células, con unas pocas excepciones, contienen la misma información genética en su núcleo, sin embargo, en función del órgano al que pertenecen, las células se diferencian en la forma en que utilizan dicha información. Así pues, las células intestinales expresan genes que codifican la producción de enzimas necesarias para la adecuada digestión y absorción de nutrientes, mientras que las neuronas expresan genes que generan neurotransmisores que permiten la comunicación entre neuronas y desde las neuronas a los músculos. Estos son sólo dos ejemplos, sin embargo, la expresión de genes dependiendo del órgano es un hecho universal a lo largo de toda la vida de plantas y animales.

Los mecanismos implicados en el establecimiento de la expresión génica según el órgano son variados. Uno de ellos depende de la posición de los genes dentro del núcleo. En general, los genes que se localizan en la periferia nuclear se expresan en menor medida que los genes situados a mayor distancia de la periferia. Además, parece ser que la unión de los genes a proteínas ancladas en la periferia nuclear influye en su actividad.

La localización de la cromatina en la periferia nuclear se consigue gracias a una compleja red de interacciones proteicas en la envoltura nuclear. Esta envoltura nuclear fue observada por primera vez hace casi dos siglos por los investigadores Jan Evangelista Purkinje, biólogo checo, y Robert Brown, botánico escocés. Durante mucho tiempo, la envoltura nuclear fue considerada una barrera pasiva que separaba el ADN del resto de la célula. Sin embargo, para que los genes se activen y controlen la célula, tienen que comunicarse con el exterior del núcleo. Para conseguir esto, la naturaleza ha desarrollado un conjunto de aproximadamente 30 proteínas diferentes, llamadas nucleoporinas, que se agrupan y forman aperturas, llamadas poros nucleares, los cuales controlan el transporte hacia y desde el núcleo.

En las últimas dos décadas hemos aprendido que la complejidad de la envoltura nuclear es mucho mayor que lo que se intuía previamente. Estimaciones actuales sugieren que está formada por cerca de 200 proteínas diferentes, y que es responsable de numerosas funciones tales como anclaje de la cromatina, regulación de proteínas responsables de la expresión génica, y detección de señales de otras células. Sorprendentemente, incluso organismos evolutivamente alejados entre sí como pueden ser nematodos y humanos, con cantidades muy diferentes de ADN en sus células, comparten el que cerca del 40% de su genoma está anclado a la envoltura nuclear.

Un reflejo de la importancia de la envoltura nuclear es que cambios en los genes que producen nucleoporinas y otras proteínas de la envoltura pueden causar una amplia gama de graves enfermedades humanas, incluyendo distrofias musculares, envejecimiento prematuro y cánceres. Científicos de todo el mundo han demostrado que la organización alterada de la cromatina dentro del núcleo y la desregulación de la expresión génica son los principales responsables de las enfermedades. El conocimiento completo de los mecanismos sobre cómo se construye la envoltura nuclear y cómo se controla la organización y actividad de los genes en el interior del núcleo nos permitirá entender mejor los principios básicos de la biología y abrirá nuevos caminos para el desarrollo de drogas terapéuticas.