HETEROCHROMATIN: FELÉPÍTÉS ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2026

A heterochromatin a kromatin (DNS és hiszton fehérjék) sűrűn csomagolt eukarióta kromoszómáinak egy része. Általában a genom "csendes" régióival, azaz azokkal, amelyek transzkripciós szempontból inaktívak vannak társítva.

Heitz, 1928-ban először különített el két különféle típusú kromatint az eukarióta kromoszómákon az interfázisok során, leírva az euchromatint és a heterochromatint differenciális tömörítésük alapján.

A kromatin szervezettsége a magban (Forrás: Sha, K. és Boyer, LA) A pluripotens sejtek kromatin aláírása (2009. május 31.), StemBook, szerk. 1.45.1, http://www.stembook.org. Via Wikimedia Commons)

Ha az eukarióta kromoszómákat különféle, a DNS-re jellemző technikákkal festettük, akkor a mikroszkópos megfigyelések azt mutatják, hogy vannak ezek a struktúrák olyan régiók, amelyek intenzívebben festenek, mint mások. Ezek a régiók megfelelnek a hetrochromatin hiperkompakt régióinak.

A DNS heterokromatinizálása, azaz annak csomagolása, a sejtekben különféle tényezőkre reagálva történhet, és fakultatív vagy konstitutív lehet.

A konstitutív heterochromatin egy állandó vonás, amelyet általában öröklünk, míg a fakultatív heterochromatin adott esetben lehet vagy nem lehet a kromoszómán. A konstitutív heterokromatin a legjobb példa a nőkben lévő két X kromoszóma egyikére.

Az eukariótákban a heterochromatin "tárolja" és "tömöríti" a nagy genomokat, amelyek jellemzik őket, különösen azokat a régiókat, amelyek ismétlődő szekvenciákból állnak, a behatoló retro transzpozonok fennmaradó frakciói, transzpobilis elemek többek között.

Szerkezet

A heterochromatin szerkezete nem különbözik nagyon eltérően a kevésbé sűrűen csomagolt kromatin, euchromatin szerkezetétől.

Ennek megértésekor fontos megjegyezni, hogy az eukarióta kromoszómák egy DNS molekulából állnak, amely a hisztonoknak nevezett fehérjékhez kapcsolódik. Nyolc hiszton alkot egy "nukleoszómának" nevezett oktamer magot, amely körül a DNS körülkerül.

A DNS asszociációja a hisztonfehérjékkel az e fehérjék alapvető maradványai pozitív töltései és a DNS-szál szerkezetének foszfátcsoportjai negatív töltései közötti elektrosztatikus kölcsönhatásoknak köszönhető.

A nukleoszóma (Forrás: Nucleosome_structure.png: Richard Wheeler (Zephyris) származékos munkája (Nucleosome-2.png): Rekymanto a Wikimedia Commons segítségével)

- A hisztonok oktamerje

A hisztonok mindegyik oktamerje H3 és H4 hisztonok tetrameréből, valamint H2A és H2B hisztonok két dimerjéből áll; Körülbelül 146 bázispár DNS van elhelyezve a hisztonok minden egyes magjában.

A nukleoszómák "közelebb kerülnek" egymáshoz, köszönhetően egy másik hisztonnak, amelyet unió vagy híd hisztonának hívnak (linker, angolul), amely a H1 hiszton.

A kromatin ezután egymást követő nukleoszómákból áll, amelyek tömörülnek, hogy nagyobb vastagságú, de rövidebb rostos szerkezetet képezzenek.

Mindegyik hisztonproteint egy aminosav "farok" jelenléte jellemzi, amely kovalens enzimatikus módosításokon megy keresztül. Ezekről a módosításokról bebizonyosodott, hogy befolyásolják a nukleoszómákhoz kapcsolódó gének expressziós vagy elnémulási szintjét, valamint a kromatin tömörödésének szintjét.

Különösen a heterochromatint jellemzi a hisztonok hipoacetilezése az összes eukarióta esetében, és a H3 hiszton metilezése a 9. lizinmaradéknál, csak a „magasabb” eukarióták esetében.

Az ezen módosítások végrehajtásáért felelős enzimek hiszton-dezacetilázokként és hiszton-metil-transzferázokként ismertek.

A hisztonok módosításain kívül a DNS metilezhető, amely befolyásolja a kromatin tömörülési fokát, és megfelel az eukarióta genom két epigenetikus szervezeti mechanizmusának a másodikhoz.

Hol található a heterochromatin?

A heterokromatin, amint azt az elején tárgyaltuk, lehet konstitutív vagy fakultatív.

A konstitutív heterochromatin különösen gazdag azokban a genomi régiókban, amelyek nagy sűrűségű ismétlődő szekvenciákat tartalmaznak (például műholdas elemek), ahol bőségesen elnémított transzpobilis elemek vannak, a centromer régiókban és a telomerekben.

Azt állítják, hogy konstitutív, mivel a genom ezen régiói a sejtosztódás során kondenzáltak vagy kompaktak. Egy nem osztódó sejtben viszont a DNS nagy része euchromatikus, és a konstitutív heterokromatinnak csak néhány jól meghatározott régiója van.

A fakultatív heterochromatin olyan lokuszokban található, amelyeket a fejlődés különböző szakaszaiban szabályoznak; tehát valójában az "átmenetileg kondenzált" régiókat képviseli, amelyek a sejtjelek és a genetikai aktivitás szerint változhatnak.

Jellemzők

Mivel a heterokromatin a telomer és centromer régiók fontos része, a sejtosztódás és a kromoszómavégek védelme szempontjából transzcendentális funkciókat tölt be.

A centromerek aktívan működnek a sejtosztódás során, lehetővé téve a kettős kromoszómák elosztását a megosztó sejt mindkét pólusa felé, míg a többi gén inaktív és kompakt marad.

Az eukarióta kromoszómák meghatározott régióinak tömörítése szinonimája a genetikai elnémításnak, mivel az a tény, hogy a heterokromatin sűrűen be van csomagolva, azt jelenti, hogy a transzkripciós mechanizmus nem hozzáférhető az alapul szolgáló génszekvenciákhoz.

Ami a rekombinációt illeti, a heterochromatin visszaszorítja ezt a folyamatot, megvédve a genom integritását azáltal, hogy megtiltja a genomban szétszórt ismétlődő DNS-szekvenciák "illegitim" rekombinációját. Ez különösen fontos a "parazita" átültethető elemek ellenőrzése szempontjából, amelyeket a heterokromatinizálás elnémít.

Szerkezeti funkciók

Néhány évvel ezelőtt azt hitték, hogy a heterokromatikus DNS egyfajta "szemét DNS", mivel a tudósok nem találtak specifikus funkciót az ezekben a régiókban szereplő szekvenciákra; Ne felejtsük el, hogy például az ember genomiális DNS-ének több mint 80% -a nem kódol sejtfehérjéket vagy szabályozó funkcióval rendelkező RNS-molekulákat.

Most azonban ismert, hogy a fakultatív heterokromatikus DNS kialakulása rendkívül fontos számos folyamat szabályozásához az élőlények fejlődése és növekedése során, és hogy a konstitutív heterochromatin régiók alapvető szerepet játszanak szerkezeti szempontból.

Számos szerző azt állította, hogy a heterochromatinnak szerkezeti funkciói lehetnek az eukarióta kromoszómákban. Ez az állítás azon a tényen alapul, hogy a kromoszóma egy adott kromoszómájának heterokromatikus régiói külön részei, amelyek genetikai "aktivitásának" eltérő mintázatát mutatják.

Más szavakkal, a heterokromatikus régiók "távtartókként" szolgálnak a különböző transzkripciós szempontból aktív régiók között, ami nagy jelentőséggel bírhat az ott található gének transzkripciója szempontjából.

Irodalom

1. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT és Miller, JH (2005). Bevezetés a genetikai elemzésbe. Macmillan.
2. Brown, SW (1966). Heterokromatint. Science, 151 (3709), 417-425.
3. Elgin, SC és Grewal, SI (2003). Heterochromatin: a csend arany. Current Biology, 13 (23), R895-R898.
4. Grewal, SI és Jia, S. (2007). A heterochromatin újra megjelent. Nature Reviews Genetics, 8. (1), 35.
5. Grewal, SI és Moazed, D. (2003). Heterokromatin és a génexpresszió epigenetikus szabályozása. tudomány, 301 (5634), 798-802.
6. Hennig, W. (1999). Heterokromatint. Chromosoma, 108 (1), 1-9.