Budowa chromatyny

DNA jest zorganizowany w postaci chromosomów

Budowa chromatyny

Chromosomy ssaków wykazują w metafazie podwójną symetrię z identycznymi, siostrzanymi chromatydami, połączonymi w centromerze. Centromer jest regionem bogatym w pary adenina-tymina. Wiąże on z dużym powinowactwem, wiele białek. Kompleks ten, zwany kinetochorem, stanowi miejsce zakotwiczenia wrzeciona mitotycznego. Jest więc strukturą ważną w procesie segregacji chromosomów podczas mitozy.

Każde końce chromosomu zawierającego struktury zwane telomerami. Składają się one z krótkich, powtarzających się sekwencji. Telomeraza - kompleks składający się z wielu podjednostek, zawierających RNA. Jest enzymem opowiedzianym za syntezę telomerów.

Rozróżnia się dwa typy heterochromatyny:

-konstytutywna

-fakultatywna

Heterochromatyna konstytutywna zawsze jest upakowana, a wiec jest nieaktywna. Znajduje się w regionach w pobliżu centomeru i w końcach chromosomów. Heterochromatyna fakultatywna niekiedy jest skondensowana, a niekiedy jest aktywnie przypisywana, a więc nieskonfundowana i mająca wygląd euchromatyny.

U ssaków jeden z dwóch żeńskich chromosomów X jest prawie całkowicie nieaktywny transkrypcyjnie i jest chromosomem heterochromatycznym. Heterochromatyczny chromosom X ulega jednak w okresie gametogenezy dekondensacji i staje się aktywny transkrypcyjnie we wczesnej embriogenezie; jest to więc heterochromatyna fakulatatywna.

Niektóre regiony chromatyny są „aktywne”, a inne „nieaktywne”

Ogólnie, wszystkie komórki każdego organizmu zawierają te samą informację genetyczną w postaci takich samych sekwencji DNA. Struktura nukleosomowa aktywnej chromatyny jest zmieniona lub, w bardzo aktywnych regionach, nie występuje. DNA w aktywnej chromatynowe zawiera obszerne regiony, które są wrażliwe na trawienie nukleazą, taką jak DNAza I.

W obrębie dużych regionów aktywnej chromatyny występują krótkie odcinki, które wykazują nawet większa wrażliwość na DNazę I. Takie nadwrażliwe miejsca prawdopodobnie są skutkiem konformacji strukturalnej, ułatwiającej dostępność do nukleazy do DNA.

Chromatyna nieaktywna transkrypcyjnie jest w interfazie gęsto upakowana, co można stwierdzić przy użyciu mikroskopu elektronowego. Taką chromatynę nazywa się heterochromatyną. Chromatyna aktywa a transkrypcyjnie wybarwia się jako substancja mniej gęsta; określa się ją jako euchromatynę.

Euchromatyna replikuje się w cyklu komórkowym ssaków zwykle wcześniej niż heterochromatyna.

Struktury wyższego rzędu zapewniają upakowanie chromatyny

Każdy zwój superhelisy jest względnie płaski, a powierzchnie nukleosomów następujących po sobie skrętów są prawie równoległe. Aby wytworzyć chromosom mitotyczny, włókno musi ulec dalszemu upakowaniu, tak aby jego długość zmniejszyła się 100 razy.

W chromosomach interfazowych nici chromatyny są zorganizowane w pętle lub domeny, o długości 30000-100000 par zasad, zakotwiczone w jądrze, w strukturze szkieletowej. W obrębie tych domen niektóre sekwencje DNA mogą być umiejscowione w sposób nieprzypadkowy. Sugeruje się, że każda wypętlona domena chromatyny odpowiada oddzielnej funkcji genetycznej, gdyż zawiera zarówno kodujące, jak i niekodujące regiony genu lub genów. Opisana struktura jądrowa ma prawdopodobnie charakter dynamiczny i odgrywa ważną rolę w regulacji genów.

Podwójna helisa DNA w każdym z chromosomów ma długość 1000 razy większą niż średnica jądra komórkowego. Jedną z funkcji cząsteczek składających się na chromatynę, zwłaszcza histonów, jest kondensacja DNA. Obserwacja chromatyny pod mikroskopem elektronowym ujawniła zbite, kuliste cząsteczki, nazywane nukleosomami, które mają około 10 nm średnicy i są powiązane pasmami DNA. Nukleosomy są złożone z DNA owiniętego wokół skupiska cząsteczek histonów.

Koniec C cząsteczek histonów w 2/3 ma zwykły skład aminokwasowy, natomiast 1/3 końca N ma większość aminokwasów zasadowych. Wymienione 4 histony rdzenia nukleosomu podlegają sześciu rodzajom kowalencyjnych modyfikacji: acetylacji, metylacji, fosforylacji, ADP-rybozylacji, monoubikwitylacji i sumoilacji. Histony oddziaływują wzajemnie w bardzo swoisty sposób. H3 i H4, tworzą tetramer, zawierający po dwie cząsteczki każdego z nich (H3/H4)2, natomiast H2A i H2B tworzą dimery (H2A-H2B). W warunkach fizjologicznych takie oligomery histonowe łączą się w oktamer histonowy o składzie (H3/H4)2-(H2A-H2B)2.

Chromatyna jest materiałem chromosomalnym z jąder komórek organizmów eukariotycznych

Chromatyna składa się z bardzo długich, dwuniciowych cząsteczek DNA, i z prawie takiej samej wagowo ilości małych zasadowych białek, zwanych histonami, jak również z nieco mniejszej ilości białek niehistonowych i małej ilości RNA. Białka niehistonowe to enzymy biorące udział w replikacji DNA, takie jak topoizomerazy DNA. Należą do nich również białka biorące udział w transkrypcji, takie jak kompleks polimerazy RNA.

Nukleosom zawiera histon i DNA

Gdy oktamer histonowy zostanie zmieszany z oczyszczonym dwuniciowym DNA, wówczas obserwuje się taki sam wzór dyfrakcji promieni X, jaki daje świeżo wyizolowana chromatyna. Odtwarzanie nukleosomów na bazie DNA oraz histonów H2A, H2B, H3 I H4 nie zależy od tego, czy te różne składniki pochodzą z tych samych komórek lub organizmów. Do odtworzenia rdzenia nukleosomu nie są potrzebne ani histon H1, ani białka niehistonowe.

W nukleosomie DNA nawinięty jest, jako lewoskrętna helisa, na powierzchni podobnego do dysku oktameru histonów. Histony rdzenia nukleosomu oddziaływają z DNA na wewnętrznej powierzchni superzwoju, bez wystawania na zewnątrz, chociaż końce aminowe wszystkich histonów prawdopodobnie wystają z tej struktury i mogą podlegać kowalencyjnym modyfikacjom o znaczeniu regulacyjnym.

Histony są najliczniejszym białkami chromatyny

Histony stanowią niewielką rodzinę blisko spokrewnionych zasadowych białek. Spośród nich najsłabiej związane z chromatyną są histony H1 i dlatego są one łatwo usuwane roztworem soli, w wyniku czego chromatyna staje się rozpuszczalna.

Jednostką organizacyjną rozpuszczalnej chromatyny jest nukleosom. Wyizolowany rdzeń nukleosomu zawiera 4 klasy histonów: H2A, H2B, H3 i H4. Struktura wszystkich czterech histonów- H2A, H2B, H3 i H4, tak zwanych histonów rdzeniowych tworzących nukleosom- zostaje w znacznym stopniu zachowana wśród gatunków. Wysoki wskaźnik zachowania struktury nasuwa wniosek, że czynność histonów jest identyczna we wszystkich komórkach eukariotycznych i że cała cząsteczka (histonu) uczestniczy w wypełnianiu swoistej funkcji.