Por este motivo, Tobias Warnecke, que estudia las histonas arcaicas en el Imperial College de Londres, cree que “algo especial debe haber ocurrido al comienzo de los eucariotas, en los que pasamos de las histonas simples a los nucleosomas octaméricos. Y parecen estar haciendo algo cualitativamente diferente. «

Sin embargo, qué es eso sigue siendo un misterio. En especies arcaicas, hay “algunas que tienen histonas y hay otras especies que no tienen histonas. E incluso los que tienen histonas son muy diferentes ”, dijo Warnecke. El pasado mes de diciembre publicó un artículo en el que mostraba que existen diferentes variantes de proteínas histonas con distintas funciones. Los complejos de histona-ADN varían en su estabilidad y afinidad por el ADN. Sin embargo, no son tan estables ni organizados regularmente como los nucleosomas eucariotas.

Por desconcertante que sea la diversidad de histonas arcaicas, es una oportunidad para comprender las diversas formas en que se pueden construir los sistemas de expresión génica. No podemos deducir eso del relativo «aburrimiento» de los eucariotas, dice Warnecke: Al comprender la combinatoria de los sistemas arcaicos, 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 inferir lo que pueden haber estado haciendo antes de que se afianzara su papel en la regulación genética.

Un papel protector para las histonas

Dado 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 forma en que estamos acostumbrados en los eucariotas», dijo Warnecke. En cambio, sospecha que las histonas pueden haber protegido el genoma del daño.

Las arqueas a menudo viven en ambientes extremos como fuentes termales y respiraderos volcánicos en el fondo del mar, que se caracterizan por altas temperaturas, alta presión, alta salinidad, alta acidez u otras amenazas. La estabilización de su ADN con histonas puede dificultar la fusión de las cadenas de ADN en estas condiciones extremas. Las histonas también podrían proteger a las arqueas de intrusos 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 densificación del genoma y la regulación de genes no serían las primeras cosas que te vendrían a la mente cuando piensas en histonas», dijo. De hecho, ha especulado tentativamente sobre algún otro tipo de protección química que las histonas podrían haber ofrecido a las arqueas.

En julio del año pasado, el equipo kurdo informó que hay un sitio catalítico en los nucleosomas de levadura en la interfaz de dos proteínas histonas H3 que pueden unir el cobre y reducirlo electroquímicamente. Para ilustrar la importancia evolutiva de este problema, 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 2 mil millones de años. Los niveles más altos de oxígeno deben haber causado la oxidación global de metales como el cobre y el hierro, que son críticos para la bioquímica (aunque son 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 activo extremadamente valioso», dijo Kurdistani. Puede haber sido particularmente atractivo para las bacterias precursoras mitocondriales, ya que la citocromo C oxidasa, la última enzima en la cadena de reacciones que utilizan las mitocondrias para producir energía, requiere cobre para funcionar.

Debido a que las arqueas viven en ambientes extremos, es posible que hayan encontrado formas de crear y manipular el cobre reducido sin morir por él mucho antes del evento de oxidación principal. En ese caso, las proto-mitocondrias podrían haber invadido huéspedes arcaicos para robar su cobre reducido, sugiere Kurdistani.

Siavash Kurdistani, bioquímico de la Universidad de California en Los Ángeles, ha especulado sobre cómo las capacidades catalíticas de algunas histonas podrían haber ayudado a la endosimbiosis que producen los eucariotas.Foto: Reed Hutchinson / UCLA Broad Stem Cell Research Center

La hipótesis es intrigante porque podría explicar por qué aparecieron los eucariotas cuando aumentaron los niveles de oxígeno en la atmósfera. «Antes de eso había 1.500 millones de años de vida y no había señales de eucariotas», dijo Kurdistani. «Por lo tanto, la idea de que el oxígeno impulsa la formación de la primera célula eucariota debería ser fundamental para mí para cualquier hipótesis que intente averiguar por qué evolucionaron estos rasgos».