KROMATIN: TÍPUSOK, JELLEMZŐK, SZERKEZET, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

A kromatin a DNS és a fehérjék által csak eukarióta szervezetekben képződött komplex. Arányában szinte kétszer annyi fehérjét tartalmaz, mint genetikai anyagot. A legfontosabb fehérjék ebben a komplexben a hisztonok - kicsi, pozitív töltésű fehérjék, amelyek elektrosztatikus kölcsönhatások révén kötődnek a DNS-hez. Ezenkívül a kromatin több mint ezer fehérjét tartalmaz, kivéve a hisztonokat.

A kromatin alapvető egysége a nukleoszóma, amely a hisztonok és a DNS egységéből áll. Ez az elrendezés a nyakláncon lévő gyöngyökre emlékeztet. Miután átjutottunk a DNS-szervezet magasabb szintjén, megérkezünk a kromoszómákhoz.

Forrás: Chromatin_nucleofilaments.png: Chris Woodcockderivatív munka: Gouttegd

A kromatin szerkezete szorosan kapcsolódik a gén expressziójának szabályozásához. Két fő típus létezik: euchromatin és heterochromatin.

Az euchromatint az jellemzi, hogy alacsony a tömörödés, ami magas szintű transzkripciót eredményez. Ezzel szemben a heterokromatin transzkripciósan inaktív, mivel nagy a tömörülése.

Szerkezetileg vannak bizonyos hisztonok epigenetikus jelei, amelyek jellemzőek mindkét kromatin típusra. Míg az euchromatin az acetilációval jár, addig a heterochromatin a kémiai csoportok csökkenésével jár.

A heterokromatinnak vannak bizonyos, strukturális funkciókkal rendelkező régiói, például a telomer és a centromer.

Történelmi perspektíva

A genetikai anyag és szerkezeti felépítésének vizsgálata 1831-ben kezdődött, amikor Robert Brown kutató leírta a magot. Ennek a felfedezésnek az egyik közvetlen kérdése az volt, hogy megkérdezzük ennek a szerkezetnek a biológiai és kémiai természetét.

Ezeket a kérdéseket 1870 és 1900 között kezdték tisztázni, a nuklein szót bevezető Friedrich Miescher kísérleteivel. Walther Flemming azonban módosítja a kifejezést, és kromatint használ a nukleáris anyag utalására.

Az idő múlásával egyre jobban megismerkednek a genetikai anyaggal és annak tulajdonságaival. Pasquale Baccarini olasz kutató csak 1908-ban észrevette, hogy a kromatin nem homogén, és sikerült elképzelni a sejtmagban található kis testeket.

A kromatin típusokat - az euchromatin és a heterochromatin - eredetileg Emil Heitz javasolta 1928-ban. Ennek a besorolásnak a meghatározásához Heitz a foltok használatára támaszkodott.

Roger Kornberg biológus 1974-ben egy modellt javasolt a genetikai anyag megszervezésére nukleoszómákként ismert szerkezetekben, ezt a hipotézist Markus Noll kísérletei empirikusan megerősítették.

Mi az a kromatin?

Kromatin komponensek: DNS és fehérjék

A kromatin egy nukleoprotein, amelyet a genetikai anyag - a DNS - heterogén fehérjekészlettel történő egyesítése képez. Ez az asszociáció nagyon dinamikus, és komplex háromdimenziós szerkezetet kap, amely lehetővé teszi szabályozási és szerkezeti funkcióinak végrehajtását.

A kromatin egyik legfontosabb fehérje a hisztonok, amelyek szinte azonos arányban vannak a DNS-sel.

A hisztonok alapfehérjék, figyelemreméltóan konzerváltak a szerves lények evolúciós története során - vagyis hisztonjaink nem különböznek nagyban más emlősökhöz képest, még egy másik filogenetikailag távolabbi állathoz képest is.

A hisztonok töltése pozitív, tehát elektrosztatikus erőkön keresztül kölcsönhatásba léphetnek a DNS-ben lévő foszfát gerinc negatív töltésével. A hisztonok öt típusa létezik, nevezetesen: H1, H2A, H2B, H3 és H4.

Számos olyan fehérje létezik, amelyek eltérő természetűek, mint a hisztonok, és részt vesznek a DNS tömörítésében.

DNS tömörítés: nukleoszómák

A kromatin alapvető egysége a nukleoszómák - ismétlődő szerkezetek, amelyek DNS-ből és hisztonokból állnak, és amely konformáció az egész genetikai anyagban megtalálható.

A DNS kettős spirálját nyolc hiszton-komplexekbe tekerjük, hiszton-oktamer néven. A molekula körülbelül két fordulattal tekercsel, amelyet egy rövid régió követ (20 és 60 bázispár között), amely elválasztja a nukleoszómákat egymástól.

Ennek a szervezetnek a megértéséhez figyelembe kell vennünk, hogy a DNS-molekula rendkívül hosszú (körülbelül 2 méter), és azt szabályosan meg kell tekercselni, hogy beépüljön a magba (amelynek átmérője 3-10 um). Ezenkívül rendelkezésre kell bocsátani a replikációt és az átírást.

Ezt a célkitűzést különböző szintű DNS-tömörítéssel érik el, az első a fent említett nukleoszómák. Ezek hasonlítanak a gyöngy nyaklánc gyöngyökre. Körülbelül 150 bázispár DNS-t sebzik meg otthon "a szám".

Nincsenek igaz történetek a baktériumokban. Ezzel szemben számos fehérje sorozat emlékeztet a hisztonokra, és ezek feltételezhetően hozzájárulnak a bakteriális DNS csomagolásához.

Legfontosabb szervezet

A kromatin szervezettsége a nukleoszóma szintjén nem korlátozott. A fehérjék és a DNS ezen asszociációja vastagabb szerkezetű, körülbelül 30 nm-es csoportba van csoportosítva - ennek a vastagságnak köszönhetően "30 nm-es rost" szintnek hívják.

A 30 nm vastagságban szerveződött kromatin hurok formájában van elrendezve, amelyek egyfajta protein természetű állványon terjednek ki (nem hisztonok).

Ez a jelenleg alkalmazott modell, bár bonyolultabb tömörítési mechanizmusokra lehet számítani. A végső szervezet a kromoszómából áll.

Hibák a kromatin szervezetében

A genetikai anyag tömörítése és megszervezése elengedhetetlen a több biológiai funkcióhoz. A kromatin struktúrájának hibáival különféle betegségek társultak, köztük többek között az X-kapcsolt alfa-talassémia, a Rubinstein-Taybi szindróma, a Coffin-Lowry szindróma, a Rett-szindróma.

Kromatin típusok

Kétféle kromatin létezik a sejtben, amelyet a foltok felfedtek: euchromatin ("valódi" kromatin) és heterochromatin. Az első esetben a festés gyengén figyelhető meg, míg a második esetben a festés intenzív.

A DNS ezen szerkezeti felépítése az eukarióta szervezetekre jellemző, és döntő jelentőségű a kromoszómák viselkedésében és a gén expressziójának szabályozásában.

Ha kiértékeljük mindkét típusú kromatin arányát az interfészen lévő sejtekben, akkor azt találjuk, hogy a kromatin körülbelül 90% -a euchromatin, a fennmaradó 10% pedig heterochromatin. Az alábbiakban részletesen leírjuk az egyes típusokat:

I. Heterochromatin

jellemzők

A kromatin mindkét típusa között fennálló fő különbség a molekula tömörítésének vagy „becsomagolódásának” mértékével függ össze a sejtosztódás meghatározott szakaszaiban.

Bár úgy tűnik, hogy a genetikai anyag véletlenszerűen szétszórt a felületen, nem így van.

Jelentős szervezet van ebben a szakaszban, ahol a kromoszómális anyag differenciális megoszlása ​​látható a magban.

A kromoszómák DNS-e nem keresztezi a többi kromoszóma DNS-szálat és a kromoszómális területeknek nevezett specifikus régiókban marad. Úgy tűnik, hogy ez a szervezet hozzájárul a gén expressziójához.

A heterochromatin erősen kondenzálódik, így hozzáférhetetlenné teszi a transzkripciós gépeket - tehát nem íródik át. Ezenkívül gyenge a rendelkezésére álló gének száma szempontjából.

A heterochromatin típusai

A heterochromatin bizonyos régiói fennmaradnak az egész sejtvonalban - vagyis mindig viselkedik, mint a heterochromatin. Ez a heterokromatin típus konstitutív. Erre példa a kromoszómák kondenzált régiói, úgynevezett centromerek és telomerek.

Ezzel szemben vannak olyan heterokromatin-részek, amelyek a fejlődési minták vagy a környezeti változók változásainak függvényében változtathatják a tömörítés mértékét.

Az új tanulmányoknak köszönhetően ezt a nézetet újrafogalmazzák, és most bizonyítékok vannak arra, hogy a konstitutív heterochromatin dinamikus és képes reagálni az ingerekre.

Szerkezet

A kromatin szerkezetét meghatározó egyik tényező a hisztonok kémiai módosítása. A kromatin esetében, amely transzkripciósan inaktív, hipoacetilezett hisztonokat mutatnak.

Az acetilcsoportok számának csökkenése a géncsillapításhoz kapcsolódik, mivel nem fedezi el a lizinek pozitív töltését, lehetővé téve a DNS és a hisztonok közötti erős elektrosztatikus kölcsönhatást.

Egy másik epigenetikus márka a metilezés. Mivel azonban egy metilcsoport hozzáadása nem módosítja a fehérje töltését, annak következménye (aktiváló vagy deaktiváló gének) nem olyan nyilvánvaló, és attól függ, hogy a hiszton melyik régiójában található a jel.

Empirikusan azt találtuk, hogy a H3K4me3 és a H3K36me3 metilezése a gén aktiválásával jár, míg a H3K9me3 és H3K27me3.

Jellemzők

A konstitutív heterokromatin példájában megemlítjük a centromert. Ez a kromoszomális régió szerkezeti szerepet játszik és hozzájárul a kromoszómák mozgásához mind a mitotikus, mind a meiotikus sejtosztódási események során.

II. eukromatin

jellemzők

A heterochromatinnal ellentétben az euchromatin kevésbé kompakt molekula, tehát a transzkripciós mechanizmusok könnyen hozzáférhetők (konkrétan az RNS polimeráz enzim), és genetikai úton aktívan expresszálhatók.

Szerkezet

A transzkripciósan aktív kromatin nukleoszómájának szerkezetét acetilezett hisztonok jellemzik. A monometilált lizinek jelenléte szintén társul a gén aktiválódásához.

Az acetilcsoport hozzáadása ehhez a hiszton lizin maradékhoz semlegesíti az említett aminosav pozitív töltését. Ennek a változásnak a közvetlen következménye a hiszton és a DNS közötti elektrosztatikus kölcsönhatások csökkentése, és így lazább kromatin képződik.

Ez a szerkezeti módosítás lehetővé teszi a genetikai anyag kölcsönhatásait a transzkripciós gépekkel, amelyet különösen nagy terjedelmű jellemez.

Jellemzők

Az euchromatin magában foglalja az összes aktív gént, amelyet a transzkripcióval kapcsolatos enzimatikus gépeken keresztül lehet elérni. Ezért a funkciók ugyanolyan szélesek, mint az érintett gének funkciói.

Irodalom

1. Grewal, SI és Moazed, D. (2003). Heterokromatin és a génexpresszió epigenetikus szabályozása. tudomány, 301 (5634), 798-802.
2. Jost, KL, Bertulat, B. és Cardoso, MC (2012). Heterokromatin és gén elhelyezkedés: belül, kívül, bármely oldalon ?. Chromosoma, 121 (6), 555–563.
3. Lewin, B. (2008). Genes IX. Jones és Bartlett Publishers.
4. Tollefsbol, TO (2011). Epigenetika kézikönyve. Academic Press.
5. Wang, J., Jia, ST és Jia, S. (2016). Új betekintés a heterochromatin szabályozásába. A genetika trendei: TIG, 32 (5), 284–294.
6. Zhang, P., Torres, K., Liu, X., Liu, CG, és Pollock, RE (2016). A sejtekben található kromatint szabályozó fehérjék áttekintése. A jelenlegi protein- és peptidtudomány, 17 (5), 401–410.