ХЕТЕРОХРОМАТИН: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В хетерохроматин е част от хроматин (ДНК и хистонови протеини) плътно опаковани еукариотни хромозоми. Обикновено се свързва с "мълчаливите" области на генома, тоест с тези, които са транскрипционно неактивни.

През 1928 г. Хайц е първият, който разграничава два различни типа хроматин върху еукариотните хромозоми по време на интерфаза, описвайки еухроматин и хетерохроматин въз основа на диференциалното им уплътняване.

Организацията на хроматина в ядрото (Източник: Sha, K. и Boyer, LA Хроматинният подпис на плюрипотентни клетки (31 май 2009 г.), StemBook, изд. The Community Cell Research Research, StemBook, doi / 10.3824 / стволник. 1.45.1, http://www.stembook.org. Чрез Wikimedia Commons)

Ако еукариотните хромозоми са оцветени чрез различни техники, специфични за ДНК, микроскопичните наблюдения разкриват, че има участъци от тези структури, които оцветяват по-интензивно от други. Тези региони съответстват на хиперкомпактните региони на хетерохроматин.

Хетерохроматинизацията на ДНК, тоест опаковането й, може да се случи в клетка в отговор на различни фактори и може да бъде факултативно или съставно.

Конститутивният хетерохроматин е постоянен признак, който обикновено се наследява, докато факултативният хетерохроматин може или не може да бъде върху хромозома в даден момент. Най-добрият пример за конститутивен хетерохроматин е този на двете Х хромозоми при жените.

В еукариотите хетерохроматинът „съхранява“ и „уплътнява“ големите геноми, които ги характеризират, особено онези региони, които се състоят от повтарящи се последователности, останали фракции от нахлуващи ретро транспозони, транспонируеми елементи, между другото.

структура

Хетерохроматинът няма много по-различна структура от по-малко гъсто опакования хроматин, еухроматин.

Разбирайки това, важно е да запомните, че еукариотните хромозоми са съставени от молекула на ДНК, която е свързана с протеини, наречени хистони. Осем хистона образуват октамерно ядро, известно като "нуклеозома", около което се увива ДНК.

Асоциацията на ДНК с протеините от хистон става благодарение на електростатични взаимодействия между положителните заряди на основните остатъци от тези протеини и отрицателните заряди на фосфатните групи от структурата на ДНК веригата.

Нуклеозомата (Източник: Nucleosome_structure.png: Производство на Ричард Уилър (Zephyris) (Нуклеосома-2.png): Рекиманто чрез Wikimedia Commons)

- Октамерът на хистоните

Всеки октамер от хистони е съставен от тетрамер от хистони H3 и H4 и от два димера на хистоните H2A и H2B; Около 146 базови двойки ДНК са разположени около всяко ядро ​​от хистони.

Нуклеозомите се "приближават" един до друг благодарение на участието на друг хистон, известен като хистон на съединение или мост (линкер, на английски), който е хистон Н1.

След това хроматинът се състои от последователни нуклеозоми, които се компактират и образуват влакнеста структура с по-голяма дебелина, но по-малка дължина.

Всеки хистонов протеин се характеризира с наличието на "опашка" на аминокиселина, която може да претърпи ковалентни ензимни модификации. Установено е, че тези модификации влияят на степента на експресия или заглушаване на гени, свързани с нуклеозоми, както и на нивото на уплътняване на хроматина.

По-специално, хетерохроматинът се характеризира с хипоацетилиране на хистони във всички еукариоти и чрез метилиране на хистон Н3 в лизинов остатък 9, само за "по-високи" еукариоти.

Ензимите, отговорни за извършването на тези модификации, са известни съответно като хистонови деацетилази и хистон метилтрансферази.

В допълнение към модификациите в хистоните, ДНК може да бъде и метилирана, което влияе върху степента на уплътняване на хроматина и съответства на втория от двата епигенетични механизма на организация на еукариотичния геном.

Къде е намерен хетерохроматин?

Хетерохроматинът, както беше обсъдено в началото, може да бъде съставен или факултативен.

Конститутивният хетерохроматин е особено изобилен в геномни региони, които имат висока плътност на повтарящи се последователности (като сателитни елементи, например), където има изобилни заглушени преносими елементи, в центромерните области и в теломерите.

Твърди се, че е съставна, тъй като тези участъци от генома остават кондензирани или компактни по време на клетъчното делене. От друга страна, в неразделящата се клетка по-голямата част от ДНК е еухроматична и има само няколко добре дефинирани участъка от съставен хетерохроматин.

Факултативният хетерохроматин е този, намиращ се в локуси, които се регулират през различните етапи на развитие; така че всъщност представлява "преходно кондензираните" региони, които могат да се променят според клетъчните сигнали и генетичната активност.

Характеристика

Тъй като хетерохроматинът е важна част от теломерните и центромерни области, той упражнява трансцендентални функции от гледна точка на деленето на клетките и защитата на хромозомните краища.

Центромерите функционират активно по време на клетъчното делене, което позволява на дублиращите се хромозоми да се придвижват към двата полюса на делителната клетка, докато останалите гени остават неактивни и компактни.

Уплътняването на специфични участъци на еукариотните хромозоми е синоним на генетично заглушаване, тъй като фактът, че хетерохроматинът е плътно опакован, предполага непристъпността на транскрипционната машина към основните генетични последователности.

Що се отнася до рекомбинацията, хетерохроматинът потиска този процес, защитавайки целостта на генома, като забранява "нелегитимна" рекомбинация между повтарящите се ДНК последователности, разпръснати из целия геном. Това е особено важно за контрола на "паразитни" транспозируеми елементи, които се заглушават чрез хетерохроматизация.

Структурни функции

Допреди няколко години се смяташе, че хетерохроматичната ДНК е един вид „нежелана ДНК“, тъй като учените не са намерили специфична функция за последователностите, включени в тези региони; Нека си спомним, че повече от 80% от геномната ДНК на човек, например, не кодира клетъчни протеини или РНК молекули с регулаторни функции.

Въпреки това, сега е известно, че образуването на факултативна хетерохроматична ДНК е от изключително значение за регулирането на много процеси по време на развитието и растежа на живите същества и че съставните хетерохроматинови региони играят основна роля от гледна точка на от структурна гледна точка.

Много автори предполагат, че хетерохроматинът може да има структурни функции върху еукариотните хромозоми. Това твърдение се основава на факта, че хетерохроматичните участъци на дадена хромозома отделни части от него, които имат различни модели на генетична "активност".

С други думи, хетерохроматичните региони служат като „раздалечители“ между различни транскрипционно активни региони, което може да има голямо значение от гледна точка на транскрипцията на гените, разположени там.

Препратки

1. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Въведение в генетичния анализ. Macmillan.
2. Браун, ЮЗ (1966). Хетерохроматина. Science, 151 (3709), 417-425.
3. Elgin, SC, & Grewal, SI (2003). Хетерохроматин: тишината е златна. Текуща биология, 13 (23), R895-R898.
4. Grewal, SI, & Jia, S. (2007). Хетерохроматинът е ревизиран. Nature Reviews Genetics, 8 (1), 35.
5. Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Хетерохроматин и епигенетичен контрол на генната експресия. наука, 301 (5634), 798-802.
6. Hennig, W. (1999). Хетерохроматина. Хромосома, 108 (1), 1-9.