NUKLEOSZÓMA: FUNKCIÓK, ÖSSZETÉTEL ÉS SZERKEZET - BIOLÓGIA - 2026

A nukleoszóma az eukarióta szervezetekben a DNS alapvető csomagoló egysége. Ezért ez a legkisebb kompressziós elem a kromatin számára.

A nukleoszómát hisztonoknak nevezett fehérjék oktamerjeként, vagy dob alakú szerkezetként építik fel, amelyen körülbelül 140 nt DNS-t tekercselnek, majdnem két teljes fordulattal.

Nukleoszóma szerkezete

Ezenkívül további 40-80 nt DNS-t tekintünk a nukleoszóma részének, és ez a DNS-frakció teszi lehetővé a fizikai folytonosságot az egyik nukleoszóma és a másik között komplexebb kromatin szerkezetekben (például a 30 nm-es kromatin rostban).

A hisztonkód az egyik első molekulárisan legjobban megértett epigenetikus kontroll elem volt.

Jellemzők

A nukleoszómák lehetővé teszik:

• A DNS csomagolása, hogy illeszkedjen a mag korlátozott helyére.
• Meghatározzák a megoszlást az expresszálódó kromatin (euchromatin) és a csendes kromatin (heterochromatin) között.
• Az összes kromatint térben és funkcionálisan is szervezik a magban.
• Ezek a kovalens módosítások szubsztrátját képviselik, amelyek meghatározzák a fehérjéket kódoló gének expresszióját és expressziós szintjét az úgynevezett hisztonkódon keresztül.

Összetétel és felépítés

A legalapvetõbb értelemben a nukleoszómák DNS-bõl és fehérjékbõl állnak. A DNS gyakorlatilag bármilyen kettős sávú DNS lehet jelen az eukarióta sejtmagjában, míg a nukleoszómális proteinek mindegyike a hisztonoknak nevezett fehérjékhez tartozik.

A hisztonok olyan kis fehérjék, amelyekben nagy mennyiségű bázikus aminosav maradék található; Ez lehetővé teszi a nagy DNS negatív töltés ellensúlyozását és a két molekula közötti hatékony fizikai kölcsönhatás kialakítását anélkül, hogy a kovalens kémiai kötés merevségét elérnék.

A hisztonok dobszerű oktamert képeznek, a H2A, H2B, H3 és H4 hisztonok két példányával vagy monomerjével. A DNS majdnem két teljes fordulatot hajt végre az oktamer oldalán, majd folytatja egy olyan linker DNS-frakcióval, amely a H1 hisztonnal társul, és visszatér, hogy két teljes fordulatot kapjon egy másik hiszton-oktamerben.

Az oktamerkészlet, a kapcsolódó DNS és a hozzá kapcsolódó linker-DNS nukleoszóma.

Kromatin tömörítés

A genomi DNS rendkívül hosszú molekulákból áll (embereknél több mint egy méter, figyelembe véve az összes kromoszómát), amelyeket össze kell tömöríteni és rendkívül kicsi magban kell elhelyezni.

A tömörítés első lépését nukleoszómák kialakításával hajtjuk végre. Önmagában ezzel a lépéssel a DNS-t körülbelül 75-szer tömörítjük.

Ez egy lineáris szálat eredményez, amelyből a kromatin tömörítésének későbbi szintjei épülnek fel: a 30 nm-es szál, a hurkok és a hurkok hurkai.

Amikor egy sejt osztódik, akár mitózissal, akár meiosissal, a tömörülés végső fokát maga a mitotikus vagy meiotikus kromoszóma végzi.

A hiszton kód és gén expresszió

Az a tény, hogy a hiszton-oktamerek és a DNS elektrosztatikusan kölcsönhatásba lépnek, részben megmagyarázza azok hatékony asszociációját, anélkül, hogy elvesztenék a kromatin tömörítéséhez és bomlásához szükséges nukleoszómák dinamikus elemeinek létrehozásához szükséges folyékonyságot.

Van még ennél is meglepőbb interakciós elem: a hisztonok N-terminális végei a kompaktabb és inert oktamer belső részén vannak kitéve.

Ezek a végek nemcsak fizikailag kölcsönhatásba lépnek a DNS-sel, hanem kovalens módosítások sorozatán is átmennek, amelyektől függ a kromatin tömörödésének mértéke és a kapcsolódó DNS expressziója.

A kovalens módosítások sorozatát, többek között típus és szám szempontjából, együttesen hiszton kódnak nevezzük. Ezek a módosítások magukban foglalják az arginin- és lizinmaradékok foszforilációját, metilezését, acetilezését, ubiquitinálását és szooilezését a hisztonok N-terminálisán.

Mindegyik változás - az ugyanazon molekulán belül vagy más hisztonok, különösen a H3 hisztonokon belüli - változásokkal együtt meghatározza a kapcsolódó DNS expresszióját vagy sem, valamint a kromatin tömörödésének mértékét.

Általános szabályként például azt látták, hogy a hipermetilezett és hipoacilezett hisztonok meghatározzák, hogy a kapcsolódó DNS nem expresszálódik, és hogy a kromatin kompaktabb állapotban van (heterokromatikus, és ezért inaktív).

Ezzel szemben az euchromatikus DNS (kevésbé kompakt és genetikailag aktív) kapcsolódik egy olyan kromatinnal, amelynek hisztonjai hiperacetileztek és hipometiláltak.

Euchromatin vs heterochromatin

Már láttuk, hogy a hisztonok kovalens módosítási státusa meghatározhatja az expresszió fokát és a kromatin helyi tömörülését. Globális szinten a kromatin tömörülését szintén a nukleoszómák hisztonjainak kovalens módosítása szabályozza.

Például kimutatták, hogy a konstitutív heterokromatin (amely soha nem expresszálódik, és sűrűn van csomagolva) hajlamos arra, hogy a nukleáris réteghez kapcsolódjon, és így a nukleáris pórusok szabaddá váljanak.

A konstitutív euchromatin (amely mindig expresszálódik, például olyan, amely magában foglalja a sejtmegtartó géneket, és a lax-kromatin régióiban helyezkedik el) nagy hurkokban teszi ezt meg, amely felfedi a transzkripciós gépen átírandó DNS-t.

A genomiális DNS többi régiója a két állapot között oszcillál, a szervezet fejlődési idejétől, a növekedési körülményektől, a sejt azonosságától stb. Függően

Egyéb funkciók

A sejtfejlesztési, expressziós és fenntartó tervének teljesítése érdekében az eukarióta organizmusok genomjainak finoman szabályozniuk kell, hogy mikor és hogyan kell megnyilvánulniuk genetikai potenciáljukban.

A génjeikben tárolt információktól kezdve ezek a magban helyezkednek el, bizonyos régiókban, amelyek meghatározzák transzkripciós állapotukat.

Azt mondhatjuk tehát, hogy a nukleoszómák másik alapvető szerepe a kromatinváltozásokon keresztül, amelyeket ez segít meghatározni, a nukleáris atomok szervezete vagy architektúrája, amelyben őket tárolják.

Ez az architektúra örökölt és filogenetikai szempontból megőrizve, az információs csomagolás ezen moduláris elemeinek köszönhetően.

Irodalom

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6 ^th Edition). WW Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Brooker, RJ (2017). Genetika: elemzés és alapelvek. McGraw-Hill Felsőoktatás, New York, NY, USA.
3. Cosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Szabályozott nukleoszóma mobilitás és a hiszton kód. Nature Strukturális és Molekuláris Biológia, 11: 1037-43.
4. Goodenough, UW (1984), Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Bevezetés a Genetic Analysis (11 ^th ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.