El genoma humano contiene más de 3 mil millones de pares de bases o nucleótidos. Estos nucleótidos, que están dispuestos en una secuencia lineal a lo largo del ADN (ácido desoxirribonucleico), codifican cada proteína y rasgo genético en el cuerpo humano. Esta información está contenida en aproximadamente 20.000 genes que, sorprendentemente, representan solo una pequeña fracción (alrededor del 1,5%) del ADN total. El resto se compone de secuencias no codificadas. La integridad de la secuencia genética es esencial para el funcionamiento normal de las células y esto se destaca cuando las anomalías genéticas no son detectadas por mecanismos de reparación genética intrínsecos y dan lugar a proteínas disfuncionales y a diversos estados de enfermedades.
En el núcleo en interfase, los cromosomas son difíciles de distinguir unos de otros. Sin embargo, ocupan un espacio discreto dentro de un núcleo, el llamado territorio cromosómico (los bordes de los territorios cromosómicos se sugieren como líneas de puntos rojas en la figura A). Por otro lado, la eucromatina teñida más clara (activa transcripcionalmente) y los parches de heterocromatina más oscura (silenciosos transcripcionalmente) son fáciles de visualizar. Durante la división celular, los territorios cromosómicos se transforman en cromosomas altamente condensados, que luego se pueden distinguir claramente entre sí. Juntos, los cromosomas mitóticos, visualizados en el microscopio de luz, se denominan cariotipo.
Por lo tanto, debe tener lugar una serie de procesos que permitan a la célula empaquetar el ADN dentro de los confines del núcleo, al tiempo que conserva su capacidad de transcribir y duplicar toda la secuencia de ADN y mantener su integridad. Esto se logra a través de un elaborado proceso de condensación de ADN que ve el ADN empaquetado en 46 cromosomas (o 23 pares de cromosomas) en humanos. El número de cromosomas varía de una especie a otra; por ejemplo, hay 40 cromosomas (20 pares) en ratones, 8 cromosomas (4 pares) en la mosca común de la fruta y 10 cromosomas (5 pares) en la planta Arabidopsis thaliana.
Los cromosomas alcanzan su nivel más alto de condensación durante la división celular, o mitosis, donde adquirirán una morfología discreta de 4 o 2 brazos que representa aproximadamente 10,000 veces la compactación. Aunque esta forma mitótica muy condensada se ha convertido en la forma más común de representar cromosomas, su estructura es significativamente diferente durante la interfase. En comparación con los cromosomas mitóticos, los cromosomas de interfase están menos condensados y ocupan todo el espacio nuclear, lo que los hace un poco difíciles de distinguir.
Al igual que la formación de cromosomas metafásicos, la compactación requerida para encajar un conjunto completo de cromosomas interfásicos en el núcleo se logra a través de una serie de eventos de plegado, envoltura y plegado del ADN que son facilitados por las histonas, que son proteínas nucleares básicas altamente conservadas que permiten la compactación del ADN neutralizando la carga negativa del ADN. Las histonas generalmente se organizan como un octámero en complejo con el ADN para formar el nucleosoma. La combinación de proteínas de ADN e histonas que componen el contenido nuclear a menudo se conoce como cromatina.
Heterocromatina vs Eucromatina
Tradicionalmente, la cromatina interfase se clasifica como eucromatina o heterocromatina, dependiendo de su nivel de compactación. La eucromatina tiene una estructura menos compacta, y a menudo se describe como una fibra de 11 nm que tiene la apariencia de «perlas en una cuerda», donde las perlas representan nucleosomas y la cuerda representa el ADN. En contraste, la heterocromatina es más compacta, y a menudo se informa que está compuesta por un conjunto de nucleosomas condensados en una fibra de 30 nm. Cabe señalar, sin embargo, que la fibra de 30 nm nunca se ha visualizado in vivo, y su existencia es cuestionable.
La eucromatina tiene una estructura menos compacta, mientras que la heterocromatina es más compacta y está compuesta de una serie de nucleosomas condensados en una fibra. Estos niveles de compactación de la cromatina se ilustran aquí en dos cromosomas (naranja y azul).
Con el ADN codificando la información genética de la célula, la condensación de esta molécula es obviamente más complicada de lo que se puede representar con modelos simples de fibra de 11 nm o 30 nm. La maquinaria de transcripción requiere acceso a la información genética a lo largo del ciclo celular, mientras que la maquinaria de replicación copiará el ADN durante la fase S. Esta complejidad añadida es evidente en las diferencias clave entre eucromatina y heterocromatina, y también en la localización de la cromatina dentro del núcleo.
El hecho de que existan mecanismos intrínsecos en la condensación del ADN para controlar el acceso con fines transcripcionales o de replicación se refleja en la presencia de elementos repetitivos del ADN, como secuencias satelitales, así como elementos transponibles dentro de la heterocromatina, particularmente en los centrómeros y telómeros altamente condensados. Estas regiones, que se conocen como heterocromatina constitutiva, permanecen condensadas a lo largo del ciclo celular y no se transcriben activamente. La heterocromatina facultativa, que puede desenrollarse para formar eucromatina, por otro lado, es de naturaleza más dinámica y puede formarse y cambiar en respuesta a señales celulares y actividad génica . Esta región a menudo contiene información genética que se transcribe durante el ciclo celular.