Heterokromatin je dio kromatina (DNA i proteina histon) gusto eukariotskih kromosoma. Obično se povezuje s "tihim" regijama genoma, to jest s onima koja su transkripcijski neaktivna.
Heitz je 1928. godine prvi razlikovao dvije različite vrste kromatina na eukariotskim kromosomima tijekom interfaze, opisujući eukromatin i heterokromatin na temelju njihovog diferencijalnog zbijanja.
Organizacija kromatina u jezgri (Izvor: Sha, K. i Boyer, LA Hromatinski potpis pluripotentnih stanica (31. svibnja 2009.), StemBook, ur. Zajednica za istraživanje matičnih stanica, StemBook, doi / 10.3824 / matična knjiga. 1.45.1, http://www.stembook.org. Putem Wikimedia Commons)
Ako su eukariotski kromosomi obojeni različitim tehnikama, specifičnim za DNK, mikroskopska opažanja otkrivaju da postoje regije tih struktura koje mrlje intenzivnije od drugih. Ove regije odgovaraju hiperkompaktnim regijama hetrokromatina.
Heterokromatizacija DNK, tj. Pakiranja, može se dogoditi u stanici kao odgovor na različite čimbenike i može biti fakultativna ili konstitutivna.
Konstitutivni heterokromatin je trajna osobina koja se uglavnom nasljeđuje, dok fakultativni heterokromatin u bilo kojem trenutku može ili ne mora biti na kromosomu. Najbolji primjer konstitutivnog heterokromatina je jedan od dva X kromosoma kod žena.
U eukariotima heterokromatin "skladišti" i "zbija" velike genome koji ih karakteriziraju, posebno ona područja koja se sastoje od ponavljajućih nizova, preostalih frakcija invazivnih retro transpozona, transponibilnih elemenata, među ostalim.
Struktura
Heterokromatin nema vrlo različitu strukturu od manje gusto nabijenog kromatina, euhromatina.
Shvaćajući to, važno je zapamtiti da se eukariotski kromosomi sastoje od molekule DNA koja je povezana s proteinima zvanim histoni. Osam histona tvori oktamerno jezgro poznato kao "nukleosom", oko koje se omotava DNK.
Povezanost DNK s proteinima histona događa se zahvaljujući elektrostatičkim interakcijama između pozitivnih naboja osnovnih ostataka tih proteina i negativnih naboja fosfatnih skupina u strukturi DNA lanca.
Nukleosom (Izvor: Nucleosome_structure.png: Richard Wheeler (Zephyris) derivatni rad (Nucleosome-2.png): Rekymanto putem Wikimedia Commons)
- Oktamer histona
Svaki oktamer histona sastoji se od tetramera histona H3 i H4 i od dva dimera histona H2A i H2B; Oko 146 baznih parova DNK smješteno je oko svake jezgre histona.
Nukleozomi se "zbližavaju" jedni s drugima zahvaljujući sudjelovanju drugog histona poznatog pod nazivom vezni histon, a to je histon H1.
Kromatin se zatim sastoji od sukcesivnih nukleosoma koji se kompaktuju i tvore vlaknastu strukturu veće debljine, ali manje duljine.
Svaki protein histona karakterizira prisutnost "repa" aminokiseline koji može proći kovalentne enzimske modifikacije. Nađeno je da ove modifikacije utječu na stupanj ekspresije ili prigušivanje gena povezanih s nukleosomima, kao i na razinu zbijanja kromatina.
Konkretno, heterokromatin je karakteriziran hipoacetilacijom histona u svim eukariotama i metilacijom histona H3 u lizinskom ostatku 9, samo za "više" eukariote.
Enzimi odgovorni za provođenje tih modifikacija poznati su, kao histon deacetilaze i histon metiltransferaze.
Uz modifikacije histona, DNK se također može metilirati, što utječe na stupanj zbijenosti kromatina i odgovara drugom od dva epigenetska mehanizma organizacije eukariotskog genoma.
Gdje se nalazi heterokromatin?
Heterokromatin, kao što je rečeno na početku, može biti konstitutivan ili fakultativan.
Konstitutivni heterokromatin osobito je bogat u genomskim regijama koje imaju visoku gustoću ponavljajućih nizova (poput satelitskih elemenata, na primjer), gdje ima izoliranih tiho prenosivih elemenata, u centromernim regijama i telomerima.
Kaže se da je konstitutivan jer ove regije genoma ostaju kondenzirane ili kompaktne tijekom stanične diobe. S druge strane, u stanici koja ne dijeli veći dio DNK je euhromatski i postoji samo nekoliko dobro definiranih područja konstitutivnog heterokromatina.
Fakultativni heterokromatin je onaj koji se nalazi u lokusima koji su regulirani tijekom različitih faza razvoja; na taj način, on zapravo predstavlja "prijelazno kondenzirane" regije koje se mogu mijenjati u skladu sa staničnim signalima i genetskom aktivnošću.
Značajke
Budući da je heterokromatin važan dio telomerne i centromerne regije, on vrši transcendentalne funkcije s gledišta diobe stanica i zaštite kromosomskih krajeva.
Centromeres aktivno djeluje tijekom diobe stanica, omogućujući pomnoženim kromosomima da se kreću prema oba pola dijeleće stanice, dok ostali geni ostaju neaktivni i kompaktni.
Sažimanje specifičnih regija eukariotskih kromosoma sinonim je za genetsko prigušivanje, budući da činjenica da je heterokromatin gusto upakovan podrazumijeva nepristupačnost transkripcijskih strojeva osnovnim genskim sekvencama.
Što se tiče rekombinacije, heterokromatin potiskuje taj postupak, štiteći integritet genoma zabranjujući "nelegitimnu" rekombinaciju između ponavljajućih DNK nizova razbacanih po genomu. To je posebno važno za kontrolu "parazitskih" prijenosnih elemenata, koji se prigušuju heterokromatiziranjem.
Strukturne funkcije
Do prije nekoliko godina mislilo se da je heterokromatska DNK vrsta "bezvrijedne DNK", jer znanstvenici nisu pronašli određenu funkciju za sekvence uključene u ove regije; Sjetimo se da više od 80% genomske DNK čovjeka, na primjer, ne kodira stanične proteine ili molekule RNA s regulatornim funkcijama.
Međutim, sada je poznato da je stvaranje fakultativne heterokromatske DNA od najveće važnosti za regulaciju mnogih procesa tijekom razvoja i rasta živih bića te da konstitutivne heterokromatinske regije imaju temeljnu ulogu s gledišta sa strukturalnog gledišta.
Mnogi autori sugeriraju da heterokromatin može imati strukturne funkcije na eukariotskim kromosomima. Ta se tvrdnja temelji na činjenici da heterokromatske regije na određenom kromosomu imaju zasebne dijelove koji imaju različite obrasce genetske "aktivnosti".
Drugim riječima, heterokromatske regije služe kao "odstojnici" između različitih transkriptivno aktivnih područja, što može biti od velike važnosti s gledišta transkripcije gena koji se tu nalaze.
Reference
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, i Miller, JH (2005). Uvod u genetsku analizu. Macmillan.
- Brown, SW (1966). Heterokromatin. Znanost, 151 (3709), 417-425.
- Elgin, SC, i Grewal, SI (2003). Heterokromatin: tišina je zlatna. Trenutna biologija, 13 (23), R895-R898.
- Grewal, SI, & Jia, S. (2007). Heterokromatin je revidiran. Nature reviews Genetics, 8 (1), str.
- Grewal, SI, i Moazed, D. (2003). Heterokromatin i epigenetska kontrola ekspresije gena. znanost, 301 (5634), 798-802.
- Hennig, W. (1999). Heterokromatin. Kromosoma, 108 (1), 1–9.