NUKLEOZOM: FUNKCIJE, SASTAV I STRUKTURA - BIOLOGIJA - 2026

Nukleosom je osnovna jedinica pakiranja DNA u eukariotskim organizmima. Stoga je najmanji kompresijski element za kromatin.

Nukleosom je izgrađen kao oktamer proteina zvanih histoni, ili bubnjasta struktura na kojoj je namotano oko 140 nt DNK, što čini gotovo dva potpuna zavoja.

Nukleozomska struktura

Uz to, smatra se da je dodatnih 40-80 nt DNK dio nukleosoma, a udio DNK omogućava fizički kontinuitet između jednog nukleosoma i drugog u složenijim kromatinskim strukturama (kao što je 30 nm kromatinsko vlakno).

Histonski kod bio je jedan od prvih molekularno najbolje razumljivih elemenata epigenetske kontrole.

Značajke

Nukleozomi omogućuju:

• Pakiranje DNA kako bi se uklopilo u ograničeni prostor jezgre.
• Oni određuju podjelu između kromatina koji je eksprimiran (eukromatin) i tihog kromatina (heterokromatin).
• Oni organiziraju sav kromatin i prostorno i funkcionalno u jezgri.
• Predstavljaju supstrat kovalentnih modifikacija koje određuju ekspresiju i razinu ekspresije gena koji kodiraju proteine ​​kroz takozvani histonski kod.

Sastav i struktura

U svom najosnovnijem smislu, nukleosomi se sastoje od DNK i proteina. DNK može biti gotovo bilo koja dvospolna DNK prisutna u jezgri eukariotske stanice, dok nukleozomski proteini pripadaju skupu proteina koji se nazivaju histoni.

Histoni su mali proteini s velikim opterećenjem ostataka bazičnih aminokiselina; To omogućava suzbijanje visokog negativnog naboja DNK i uspostavljanje učinkovite fizičke interakcije između dviju molekula bez postizanja krutosti kovalentne kemijske veze.

Histoni tvore oktamer sličan bubnju s dvije kopije ili monomera svakog od histona H2A, H2B, H3 i H4. DNK čini gotovo dva potpuna zaokreta na stranama oktamera, a zatim nastavlja s djelom veznog DNA koji se povezuje s histonom Hl, da bi se vratilo da bi se dva potpuna zavoja na drugom histonskom oktameru.

Skup oktamera, povezana DNA i njezin odgovarajući DNA DNA je nukleosom.

Sabijanje kromatina

Genomska DNA sastoji se od izuzetno dugih molekula (više od metra kod ljudi, s obzirom na sve njihove kromosome), koje se moraju zbijati i organizirati unutar izuzetno malog jezgra.

Prvi korak u ovom sabijanju provodi se stvaranjem nukleosoma. S ovim korakom DNA se zbija oko 75 puta.

Iz toga proizlaze linearna vlakna od kojih se grade slijedeće razine zbijanja kromatina: vlakna 30 nm, petlje i petlje petlje.

Kada se stanica podijeli, bilo mitozom, bilo mejozom, krajnji stupanj zbijanja je sam mitotski ili mejotički kromosom.

Histonski kod i ekspresija gena

Činjenica da histonski oktameri i DNK elektrostatički komuniciraju dijelom objašnjava njihovo djelotvorno povezivanje, a da pritom ne izgube fluidnost potrebnu za stvaranje nukleozoma dinamičkim elementima za sabijanje i raspadanje kromatina.

No postoji još iznenađujući element interakcije: krajevi histona s N-kraja izloženi su izvan unutrašnjosti kompaktnijeg i inertnijeg oktamera.

Ovi krajevi ne samo da fizički djeluju u interakciji s DNK, već podliježu i nizu kovalentnih modifikacija o kojima će ovisiti stupanj zbijanja kromatina i ekspresija pridružene DNK.

Skup kovalentnih modifikacija, u smislu vrste i broja, između ostalog, zajednički je poznat kao histonski kod. Te modifikacije uključuju fosforilaciju, metilaciju, acetilaciju, ubikvitaciju i sumoilaciju ostataka arginina i lizina na N-terminini histona.

Svaka promjena, zajedno s drugima unutar iste molekule ili u ostacima drugih histona, posebno histona H3, određivat će ekspresiju pridružene DNK ili ne, kao i stupanj zbijanja kromatina.

Kao opće pravilo, na primjer, viđeno je da hipermetilirani i hipoacetilirani histoni određuju da povezana DNA nije eksprimirana i da je kromatin prisutan u kompaktnijem stanju (heterokromatski i, prema tome, neaktivan).

Suprotno tome, eukromatska DNK (manje kompaktna i genetski aktivna) povezana je s kromatinom čiji su histoni hiperacetilirani i hipometilirani.

Eukromatin vs heterokromatin

Već smo vidjeli da stanje kovalentne modifikacije histona može odrediti stupanj ekspresije i lokalno zbijanje kromatina. Na globalnoj razini, sabijanje kromatina također se regulira kovalentnim modifikacijama histona u nukleosomima.

Na primjer, pokazano je da konstitutivni heterokromatin (koji se nikad ne izražava i gusto je pakiran) ima tendenciju da se pričvrsti na nuklearnu laminu, a nuklearne pore ostaju slobodne.

Sa svoje strane, konstitutivni euhromatin (koji se uvijek eksprimira, poput onog koji uključuje gene za održavanje stanica, a nalazi se u regijama laksnog kromatina) čini to u velikim petljama koje otkrivaju da se DNK transkribira u transkripcijske strojeve, Ostale regije genomske DNA osciliraju između ta dva stanja, ovisno o vremenu razvoja organizma, uvjetima rasta, staničnom identitetu itd.

Ostale funkcije

Da bi ispunili svoj plan za razvoj, izražavanje i održavanje stanica, genomi eukariotskih organizama moraju fino regulirati kada i kako se njihove genetske potencijale moraju manifestirati.

Polazeći od podataka pohranjenih u njihovim genima, oni se nalaze u jezgri u određenim regijama koje određuju njihovo stanje transkripcije.

Stoga možemo reći da je još jedna od temeljnih uloga nukleosoma, kroz promjene kromatina koje pomaže u definiranju, organizacija ili arhitektura jezgre koja ih posjeduje.

Ova je arhitektura naslijeđena i filogenetski je sačuvana zahvaljujući postojanju ovih modularnih elemenata informacijskog pakiranja.

Reference

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, SAD.
2. Brooker, RJ (2017). Genetika: analiza i načela. McGraw-Hill visoko obrazovanje, New York, NY, SAD.
3. Cosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Regulirana nukleozomska pokretljivost i histonski kod. Prirodna strukturna i molekularna biologija, 11: 1037-43.
4. Goodenough, UW (1984) Genetika. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, SAD.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Uvod u genetičke analize (11 ^-og ur.). New York: WH Freeman, New York, NY, SAD.