Os cromossomos são os portadores físicos da informação genética, consistindo em longas moléculas de DNA firmemente enroladas em proteínas histonas. A organização hierárquica do DNA em cromossomos é essencial para encaixar o genoma no núcleo, regulando a expressão gênica e garantindo a segregação precisa dos cromossomos durante a divisão celular.
Embalagem de DNA e o Nucleossomo
A unidade básica da cromatina é o nucleossomo, composto de aproximadamente 147 pares de bases de DNA enrolados em um octâmero de proteínas histonas centrais - duas cópias de cada uma de H2A, H2B, H3 e H4. Os nucleossomos são conectados por segmentos de DNA ligante de 20 a 90 pares de bases, com ligação da histona H1 nos pontos de entrada e saída do nucleossomo para estabilizar o dobramento de ordem superior. Esta estrutura de contas em um cordão representa a fibra de 10 nm, o primeiro nível de compactação do DNA, que reduz o comprimento do DNA aproximadamente sete vezes. As proteínas histonas são ricas em aminoácidos básicos (lisina e arginina) que neutralizam a carga negativa da estrutura do DNA, e suas caudas N-terminais se projetam do nucleossomo para sofrer modificações pós-traducionais que regulam a estrutura da cromatina.
Estrutura da cromatina de ordem superior
A fibra de 10 nm é ainda enrolada em uma fibra de 30 nm, estabilizada por interações entre as moléculas de histona H1 e os domínios da cauda das histonas centrais. Esta estrutura é organizada em domínios topologicamente associados (TADs), regiões genômicas de aproximadamente 100 kb a 1 Mb dentro das quais as sequências de DNA interagem mais frequentemente entre si do que com sequências fora do domínio. Os limites do TAD são estabelecidos pelo CTCF (fator de ligação ao CCCTC) e pelo complexo de coesina, que juntos formam estruturas de loop que facilitam as interações intensificador-promotor, evitando conversas cruzadas inadequadas entre domínios vizinhos. Além dos TADs, a cromatina é compartimentada em compartimentos A ativos (eucromatina) e compartimentos B inativos (heterocromatina), cada um com propriedades bioquímicas e posições nucleares distintas.
Eucromatina e Heterocromatina
A eucromatina é menos condensada, rica em genes e transcricionalmente ativa, caracterizada por modificações de histonas, como trimetilação de H3 lisina 4 (H3K4me3) em regiões promotoras e trimetilação de H3 lisina 36 (H3K36me3) ao longo de corpos gênicos. A heterocromatina é densamente compactada, transcricionalmente silenciada e pode ser dividida em duas formas. A heterocromatina constitutiva é permanentemente condensada em regiões como centrômeros e telômeros, enriquecida em trimetilação H3 lisina 9 (H3K9me3) e ligada pela proteína heterocromatina 1 (HP1). A heterocromatina facultativa é condicionalmente silenciada, como o cromossomo X inativo em mamíferos fêmeas, e é marcada pela trimetilação da lisina 27 H3 (H3K27me3) depositada pelo complexo repressivo Polycomb 2 (PRC2).
Centrômeros e Cinetocoros
O centrômero é a região contraída do cromossomo onde as cromátides irmãs são mantidas juntas e onde o cinetocoro se reúne. Na maioria dos eucariotos, os centrômeros são definidos pela presença da variante CENP-A da histona H3, que substitui o H3 convencional nos nucleossomos centroméricos e serve como marca epigenética para a identidade do centrômero. O cinetocoro é um grande complexo proteico que se monta no centrômero e medeia a fixação aos microtúbulos do fuso durante a mitose e a meiose, gerando a força para o movimento dos cromossomos e ativando o ponto de verificação da montagem do fuso.
Telômeros e Senescência Replicativa
Telômeros são sequências repetitivas de DNA (TTAGGG em vertebrados) nas extremidades dos cromossomos lineares que protegem contra degradação, fusão e reconhecimento como danos ao DNA. O comprimento dos telômeros é mantido pela telomerase, uma enzima ribonucleoproteica que adiciona repetições teloméricas às extremidades dos cromossomos usando seu modelo de RNA intrínseco. A telomerase é ativa nas células germinativas, nas células-tronco e na maioria das células cancerígenas, mas é reprimida nas células somáticas, levando ao encurtamento progressivo dos telômeros a cada divisão celular. Quando os telômeros se tornam criticamente curtos, a célula entra em senescência replicativa ou sofre apoptose, ligando a biologia dos telômeros ao envelhecimento e ao câncer.
Bandas cromossômicas e cariótipo
Os cromossomos são visualizados durante a metáfase, quando estão maximamente condensados. Técnicas de coloração como bandas de Giemsa (bandagens G) produzem bandas claras e escuras características que refletem a variação regional na composição de bases e densidade genética: as bandas G-light são ricas em GC e ricas em genes, enquanto as bandas G-escuras são ricas em AT e pobres em genes. Um cariótipo é uma exibição ordenada do complemento cromossômico completo, organizado por tamanho, posição do centrômero e padrão de faixas, usado para detectar anormalidades cromossômicas, como aneuploidias (trissomia 21, monossomia X), translocações (cromossomo Filadélfia na leucemia mieloide crônica) e grandes deleções ou duplicações.
Anormalidades cromossômicas
As anormalidades numéricas incluem poliploidia (conjuntos extras inteiros de cromossomos, geralmente letais em humanos) e aneuploidia (ganho ou perda de cromossomos individuais), que na maioria das vezes surge da não disjunção durante a meiose e aumenta de frequência com a idade materna. Anormalidades estruturais incluem deleções, duplicações, inversões e translocações. As translocações recíprocas entre os cromossomos 9 e 22 produzem o cromossomo Filadélfia, que funde os genes BCR e ABL e impulsiona a leucemia mieloide crônica. Anormalidades cromossômicas são detectadas por meio de cariótipo, hibridização fluorescente in situ (FISH) e análise de microarranjos cromossômicos.
