HETEROCHROMATIN: STRUKTUR OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den heterochromatin er en del af chromatin (DNA og histoner) tætpakkede eukaryote kromosomer. Det er normalt forbundet med de "tavse" regioner i genomet, det vil sige med dem, der er transkriptionelt inaktive.

Heitz var i 1928 den første til at skelne mellem to forskellige typer kromatin på eukaryote kromosomer under interfase og beskrev euchromatin og heterochromatin på baggrund af deres differentielle komprimering.

Organiseringen af ​​kromatin i kernen (Kilde: Sha, K. og Boyer, LA. Kromatinsignaturen af ​​pluripotente celler (31. maj 2009), StemBook, red. Stem Cell Research Community, StemBook, doi / 10.3824 / stembook. 1.45.1, http://www.stembook.org. Via Wikimedia Commons)

Hvis eukaryotiske kromosomer farves ved forskellige teknikker, der er specifikke for DNA, afslører mikroskopiske observationer, at der er regioner i disse strukturer, der pletter mere intensivt end andre. Disse regioner svarer til hyperkompaktregionerne af hetrochromatin.

Heterochromatinisering af DNA, dets emballering, kan forekomme i en celle som respons på forskellige faktorer og kan være fakultativ eller konstitutiv.

Konstitutivt heterochromatin er en permanent egenskab, der generelt arves, medens fakultativ heterochromatin muligvis ikke er på et kromosom på et givet tidspunkt. Det bedste eksempel på konstitutivt heterochromatin er det af en af ​​de to X-kromosomer hos kvinder.

I eukaryoter "gemmer" og "komprimeres" heterochromatin de store genomer, der karakteriserer dem, især de regioner, der består af gentagne sekvenser, resterende fraktioner af invaderende retro transposoner, transposible elementer, blandt andre.

Struktur

Heterochromatin har ikke en meget anden struktur end den mindre tætpakkede kromatin, euchromatin.

Når man forstår dette, er det vigtigt at huske, at eukaryote kromosomer består af et DNA-molekyle, der er forbundet med proteiner kaldet histoner. Otte histoner danner en octamerisk kerne, der er kendt som et "nukleosom", omkring hvilket DNA vikles.

Forbindelsen af ​​DNA med histonproteiner forekommer takket være elektrostatisk interaktion mellem de positive ladninger af de basiske rester af disse proteiner og de negative ladninger af phosphatgrupperne i strukturen af ​​DNA-strengen.

Nukleosomet (Kilde: Nucleosome_structure.png: Richard Wheeler (Zephyris) derivatarbejde (Nucleosome-2.png): Rekymanto via Wikimedia Commons)

- Oktameren af ​​histoner

Hver oktamer af histoner er sammensat af en tetramer med histoner H3 og H4 og af to dimerer af histoner H2A og H2B; Cirka 146 basepar af DNA er optaget omkring hver histone-kerne.

Nukleosomer "kommer tættere på" hinanden takket være deltagelsen af ​​en anden histon, der er kendt som en histon for union eller bridge (linker, på engelsk), som er histone H1.

Chromatin er derefter sammensat af successive nukleosomer, der komprimerer til dannelse af en fibrøs struktur med større tykkelse, men mindre længde.

Hvert histonprotein er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​en aminosyre "hale", der kan gennemgå kovalente enzymatiske modifikationer. Disse modifikationer har vist sig at påvirke graden af ​​ekspression eller lyddæmpning af gener, der er forbundet med nukleosomer, såvel som niveauet for komprimering af kromatin.

Især er heterochromatin karakteriseret ved hypoacetylering af histoner i alle eukaryoter og ved methylering af histon H3 ved lysinrest 9 kun for "højere" eukaryoter.

Enzymer, der er ansvarlige for udførelse af disse modifikationer, er kendt henholdsvis som histondeacetylaser og histonmethyltransferaser.

Foruden ændringer i histoner kan DNA også methyleres, hvilket påvirker graden af ​​komprimering af kromatin og svarer til den anden af ​​de to epigenetiske mekanismer til organisering af det eukaryote genom.

Hvor findes heterochromatin?

Heterochromatin kan, som diskuteret i begyndelsen, være konstitutiv eller fakultativ.

Konstitutivt heterochromatin er især rigeligt i genomiske regioner, der har en høj tæthed af gentagne sekvenser (såsom satellitelementer, for eksempel), hvor der er rigelige lydløse transposible elementer, i de centromere regioner og i telomerer.

Det siges at være konstitutivt, fordi disse regioner i genomet forbliver kondenseret eller kompakt under celledeling. I en ikke-opdelende celle er derimod det meste af DNAet eukromatisk, og der er kun et par veldefinerede regioner af konstitutivt heterochromatin.

Facultativt heterochromatin er det, der findes på loci, der er reguleret i de forskellige udviklingsstadier; så det repræsenterer faktisk de "forbigående kondenserede" regioner, der kan ændre sig i henhold til cellulære signaler og genetisk aktivitet.

Funktioner

Da heterochromatin er en vigtig del af de telomere og centromere regioner, udøver det transcendentale funktioner fra synspunktet på celledeling og beskyttelsen af ​​kromosomale ender.

Centromerer fungerer aktivt under celledeling, hvilket tillader at duplikate kromosomer bevæger sig mod begge poler i den delende celle, mens resten af ​​generne forbliver inaktive og kompakte.

Komprimeringen af ​​specifikke regioner af eukaryote kromosomer er synonym med genetisk lyddæmpning, da det faktum, at heterochromatin er tætpakket, indebærer, at det transkriptionelle maskineri er utilgængelige for de underliggende gensekvenser.

Hvad rekombination angår, undertrykker heterochromatin denne proces og beskytter genomets integritet ved at forbyde "uekte" rekombination mellem gentagne DNA-sekvenser spredt gennem genomet. Dette er især vigtigt til styring af "parasitære" transposerbare elementer, der dæmpes ved heterochromatinisering.

Strukturelle funktioner

Indtil for nogle få år siden troede man, at heterokromatisk DNA var en slags ”junk-DNA”, da forskere ikke fandt en specifik funktion for sekvenserne inkluderet i disse regioner; Lad os huske, at mere end 80% af et menneskes genomiske DNA, for eksempel, ikke koder for cellulære proteiner eller RNA-molekyler med regulatoriske funktioner.

Det er imidlertid nu kendt, at dannelse af fakultativt heterokromatisk DNA er yderst vigtigt for reguleringen af ​​mange processer under udvikling og vækst af levende væsener, og at konstitutive heterochromatinregioner spiller en grundlæggende rolle set ud fra strukturelt set.

Det er blevet antydet af mange forfattere, at heterochromatin kan have strukturelle funktioner på eukaryote kromosomer. Denne påstand er baseret på det faktum, at heterokromatiske regioner på et givet kromosom adskiller dele af det, der har forskellige mønstre af genetisk "aktivitet".

Med andre ord tjener de heterokromatiske regioner som "afstandsstykker" mellem forskellige transkriptionelt aktive regioner, hvilket kan være af stor betydning set fra transkriptionen af ​​de gener, der er placeret der.

Referencer

1. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduktion til genetisk analyse. Macmillan.
2. Brown, SW (1966). Heterochromatin. Science, 151 (3709), 417-425.
3. Elgin, SC, & Grewal, SI (2003). Heterochromatin: stilhed er gylden. Aktuel biologi, 13 (23), R895-R898.
4. Grewal, SI, & Jia, S. (2007). Heterochromatin revideret igen. Nature Reviews Genetics, 8 (1), 35.
5. Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Heterochromatin og epigenetisk kontrol af genekspression. videnskab, 301 (5634), 798-802.
6. Hennig, W. (1999). Heterochromatin. Kromosom, 108 (1), 1-9.