¿Te imaginas tener que comprimir 8 kilómetros de pelo humano en el espacio que ocupa una pelota de golf? A este reto se enfrentan continuamente nuestras células. Si estirásemos el ADN contenido en los 23 pares de cromosomas de una célula humana, obtendríamos una hebra de unos dos metros de longitud. Sin embargo, esta gigantesca molécula debe almacenarse en un núcleo celular diminuto, de apenas 10 micrómetros de diámetro (10 × 10⁻⁶ metros). 

Para resolver este reto las células cuentan con una maquinaria molecular altamente especializada: los complejos SMC (Structural Maintenance of Chromosomes). Estas proteínas actúan como organizadores del material genético, asegurando que el ADN no sólo quepa dentro del núcleo, sino que también se mantenga accesible para la lectura, copia y reparación. Lo logran gracias a su estructura en forma de anillo, que les permite atrapar el ADN y formar bucles (loops), facilitando su plegamiento y compactación de manera eficiente.

Dentro del núcleo, el ADN no está suelto como un bol de espagueti. El ADN se enrolla alrededor de complejos proteicos llamados nucleosomas, similar a como se enrolla un hilo alrededor de un carrete para evitar que se enrede y permitiendo que ocupe menos espacio. Hasta hace poco se creía que estos ovillos, los nucleosomas, se apilaban entre ellos en sucesivos niveles de compactación; llamados “fibras de 300 nm” y “fibras de 700 nm”. Sin embargo, cuando hemos podido observar directamente el interior del núcleo celular se ha visto que estos niveles de compactación no existen. Sabemos ahora que la compactación del ADN a gran escala se debe principalmente a la acción de los complejos SMC, que generan y estabilizan grandes bucles de ADN, permitiendo que los cromosomas se condensen y organicen de manera eficiente.

Motores y engranajes del ADN: la maquinaria molecular de los complejos SMC

A inicios de la década de 1990, un grupo de investigación japonés, estudiando la bacteria Escherichia coli, se topó con mutantes que al dividirse daba lugar a células sin ADN; o “mukaku” en japonés. Al gen mutado responsable de esta característica se le llamó MukB. Sin saberlo acababan de describir la primera proteína SMC. Este hallazgo permitió esbozar la peculiar estructura de estos complejos. Están integrados por proteinas globulares similares a las que encontramos en las responsables de sintetizar moléculas de ATP, la moneda energética celular, unidas por segmentos en forma de espiral (coiled-coil). Poco después, se identificaron genes equivalentes en la levadura Saccharomyces cerevisiae, (SMC1) y en la levadura Schizosaccharomyces pombe, que conducían a errores en la condensación y segregación de cromosomas. Estos descubrimientos sentaron las bases para reconocer la importancia de los complejos SMC en la organización y estabilidad del material genético. En los años siguientes se confirmó su presencia en todos los organismos, donde cumplen un papel crítico en la arquitectura de los cromosomas. En la última década con el desarrollo de técnicas como la criomicroscopía electrónica (Cryo-EM) o la captura de conformación de cromosomas de alto rendimiento (Hi-C) se ha desvelado la estructura y función de estos macrocomplejos proteicos. Su estructura es la de un anillo compuesto por tres unidades, al que se asocian otras proteínas que modulan su interacción con el ADN. Estas estructuras se pliegan haciendo pasar la molécula de ADN a través de ellos. Este proceso se le llama extrusión de bucles y permite acercar regiones distantes del genoma a la vez que facilita su compactación.

Guardianes y arquitectos del genoma: el papel clave de los complejos SMC

Los complejos SMC desempeñan un papel esencial en la organización,  compactación y protección del genoma. Son los responsables de mantener el orden en el núcleo celular donde miles de genes deben activarse o silenciarse en el momento justo, donde los cromosomas deben replicarse sin errores y donde el ADN debe ser reparado constantemente para evitar mutaciones peligrosas. En los organismos eucariotas, estos guardianes del genoma se organizan en tres grupos: cohesina, condensina y SMC5/6, cada uno con una función que garantiza que la célula pueda operar con precisión y estabilidad.

El complejo cohesina actúa como una “abrazadera” sobre las dos hebras de ADN que surgen de cada cromosoma tras su replicación, antes de la división celular. Además, ayuda a organizar el ADN dentro del núcleo favoreciendo la formación de bucles que acercan regiones reguladoras a genes distantes, asegurando una organización y expresión adecuadas dentro del núcleo.

Cuando una célula se divide, debe asegurarse de que su ADN esté perfectamente organizado antes de repartirlo entre sus dos células hijas. Aquí es donde entra en acción la condensina, un complejo molecular que funciona como un experto en empaquetado cromosómico. Su tarea es formar grandes bucles de ADN, lo que permite que los cromosomas se compacten con precisión y estabilidad formando la típica estructura en forma de X que vemos representada en los libros de biología. Gracias a su acción, cada nueva célula recibe la cantidad exacta de ADN que necesita para funcionar correctamente.

El complejo SMC5/6 actúa como centinela del genoma, que entra en acción cuando el ADN sufre daños. Las células están constantemente expuestas a agresiones que pueden comprometer su información genética, desde radiaciones y agentes químicos hasta errores espontáneos durante la duplicación del ADN. Aquí es donde SMC5/6 juega un papel clave: detecta estos problemas, coordina su reparación y garantiza que el ADN se mantenga en perfectas condiciones. En los últimos cinco años, se ha descubierto una función inesperada de este complejo: su papel en la defensa frente al ADN parasitario. El complejo SMC5/6 no solo protege el genoma de daños internos, sino que también es capaz de reconocer y silenciar el ADN viral, impidiendo que estos elementos invasores se integren en nuestro ADN y afecten el funcionamiento celular. En esta línea, el Laboratorio de Metabolismo de la Cromatina, del Instituto de Tecnologías Biomédicas de la Universidad de La Laguna, centra sus investigaciones en descifrar cómo este complejo es capaz de detectar y neutralizar el ADN parasitario, revelando así una nueva dimensión de su papel en la protección del genoma.

Un engranaje esencial para la vida

Estos tres complejos trabajan juntos para garantizar que nuestro material genético esté organizado, accesible y protegido. Sin su acción, los procesos celulares más básicos, como la división celular, la expresión génica y la reparación del ADN, se verían comprometidos. Entender cómo funcionan los complejos SMC no solo nos permite conocer mejor la biología de nuestras células, sino que también abre nuevas puertas para el estudio de enfermedades relacionadas con alteraciones en la organización del genoma, desde síndromes genéticos como las cohesinopatias hasta distintos tipos de cáncer como el sarcoma de Ewing.

Autor: Jonay García Luis