Den heterochromatin er en del av kromatin (DNA og histonproteinene) tett pakkede eukaryote kromosomer. Det er vanligvis assosiert med de "stille" regionene i genomet, det vil si med de som er transkripsjonelt inaktive.
Heitz var i 1928 den første som skilte to forskjellige typer kromatin på eukaryote kromosomer under interfase, og beskrev eukromatin og heterokromatin på grunnlag av deres differensielle komprimering.
Organiseringen av kromatin i kjernen (Kilde: Sha, K. og Boyer, LA. Kromatinsignaturen til pluripotente celler (31. mai 2009), StemBook, red. The Stem Cell Research Community, StemBook, doi / 10.3824 / stembook. 1.45.1, http://www.stembook.org. Via Wikimedia Commons)
Hvis eukaryote kromosomer er farget ved hjelp av forskjellige teknikker, spesifikke for DNA, avslører mikroskopiske observasjoner at det er regioner i disse strukturene som flekker mer intenst enn andre. Disse regionene tilsvarer hyperkompaktregionene til hetrochromatin.
Heterokromatinisering av DNA, det vil si emballasje, kan forekomme i en celle som respons på forskjellige faktorer og kan være fakultativ eller konstitutiv.
Konstitutivt heterokromatin er en permanent egenskap som vanligvis arves, mens fakultativt heterokromatin kanskje eller ikke er på et kromosom på et gitt tidspunkt. Det beste eksemplet på konstitutivt heterokromatin er det av ett av de to X-kromosomene hos kvinner.
I eukaryoter "lagrer" og "komprimeres" heterokromatin de store genomene som kjennetegner dem, spesielt de regionene som består av repetitive sekvenser, gjenværende fraksjoner av invaderende retro transposoner, transponerbare elementer, blant andre.
Struktur
Heterokromatin har ikke en veldig annen struktur enn det mindre tette pakket kromatinet, euchromatin.
Når du forstår dette, er det viktig å huske at eukaryote kromosomer består av et DNA-molekyl som er assosiert med proteiner som kalles histoner. Åtte histoner danner en oktamerisk kjerne kjent som et "nukleosom", som DNA vikler seg rundt.
Forbindelsen av DNA med histonproteiner skjer takket være elektrostatisk interaksjon mellom de positive ladningene av de basale restene av disse proteiner og de negative ladningene av fosfatgruppene i strukturen til DNA-strengen.
Nukleosomet (Kilde: Nucleosome_structure.png: Richard Wheeler (Zephyris) derivatarbeid (Nucleosome-2.png): Rekymanto via Wikimedia Commons)
- Oktamer av histoner
Hver oktamer av histoner er sammensatt av en tetramer av histoner H3 og H4, og av to dimerer av histoner H2A og H2B; Omtrent 146 basepar av DNA er plassert rundt hver kjernen av histoner.
Nukleosomer "kommer nærmere" hverandre takket være deltakelsen av en annen histon kjent som en histone of union or bridge (linker, på engelsk), som er histon H1.
Kromatin er da sammensatt av suksessive nukleosomer som komprimerer for å danne en fibrøs struktur med større tykkelse, men mindre lengde.
Hvert histonprotein er preget av tilstedeværelsen av en aminosyre "hale" som kan gjennomgå kovalente enzymatiske modifikasjoner. Disse modifikasjonene har vist seg å påvirke graden av ekspresjon eller lyddemping av gener assosiert med nukleosomer, så vel som komprimeringsnivået av kromatin.
Spesielt er heterokromatin karakterisert ved hypoacetylering av histoner i alle eukaryoter, og ved metylering av histon H3 ved lysinrest 9, bare for "høyere" eukaryoter.
Enzymer som er ansvarlige for å utføre disse modifikasjonene er henholdsvis kjent som histondeacetylaser og histonmetyltransferaser.
I tillegg til modifikasjoner i histoner, kan DNA også metyleres, noe som påvirker komprimeringsgraden av kromatin og tilsvarer den andre av de to epigenetiske mekanismene for organisering av det eukaryote genom.
Hvor finnes heterokromatin?
Heterokromatin, som diskutert i begynnelsen, kan være konstitutiv eller fakultativ.
Konstitutivt heterokromatin er spesielt rikelig i genomiske regioner som har en høy tetthet av repeterende sekvenser (for eksempel satellittelementer, for eksempel), der det er rikelig med taushet av transponerbare elementer, i de sentromere regionene og i telomerer.
Det sies å være konstitutivt fordi disse områdene i genomet forblir kondenserte eller kompakte under celledeling. I en ikke-delende celle er derimot det meste av DNA eukromatisk, og det er bare noen få veldefinerte regioner av konstitutivt heterokromatin.
Fakultativt heterokromatin er det som finnes på loci som er regulert i de forskjellige utviklingsstadiene; så det representerer faktisk de "forbigående kondenserte" regionene som kan endre seg i henhold til cellulære signaler og genetisk aktivitet.
Egenskaper
Siden heterokromatin er en viktig del av de telomere og sentromere regionene, utøver det transcendentale funksjoner fra celledeling og beskyttelse av kromosomale ender.
Sentromerer fungerer aktivt under celledeling, slik at dupliserte kromosomer kan bevege seg mot begge polene i den delende cellen, mens resten av genene forblir inaktive og kompakte.
Komprimeringen av spesifikke regioner av eukaryote kromosomer er synonymt med genetisk lyddemping, ettersom det faktum at heterokromatin er tettpakket impliserer utilgjengeligheten av transkripsjonsmaskineriet til de underliggende gensekvensene.
Når det gjelder rekombinasjon, undertrykker heterokromatin denne prosessen, og beskytter genomets integritet ved å forby "uekte" rekombinasjon mellom repeterende DNA-sekvenser spredt gjennom genomet. Dette er spesielt viktig for kontroll av "parasittiske" transponerbare elementer, som blir tystet av heterokromatinisering.
Strukturelle funksjoner
Inntil for noen år siden trodde man at heterokromatisk DNA var en slags "søppel-DNA", siden forskere ikke fant en spesifikk funksjon for sekvensene som er inkludert i disse regionene; La oss huske at mer enn 80% av genomets DNA fra et menneske, for eksempel, ikke koder for cellulære proteiner eller RNA-molekyler med regulatoriske funksjoner.
Imidlertid er det nå kjent at dannelse av fakultativ heterokromatisk DNA er av største betydning for regulering av mange prosesser under utvikling og vekst av levende vesener, og at konstitutive heterokromatinregioner spiller en grunnleggende rolle fra synspunkt fra et strukturelt synspunkt.
Det har blitt antydet av mange forfattere at heterokromatin kan ha strukturelle funksjoner på eukaryote kromosomer. Denne påstanden er basert på det faktum at heterokromatiske regioner på et gitt kromosom skiller deler av det som har forskjellige mønstre av genetisk "aktivitet".
Med andre ord tjener de heterokromatiske regionene som "avstandsstykker" mellom forskjellige transkripsjonelt aktive regioner, noe som kan ha stor betydning fra synspunktet til transkripsjonen av genene som ligger der.
referanser
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduksjon til genetisk analyse. Macmillan.
- Brown, SW (1966). Heterochromatin. Science, 151 (3709), 417-425.
- Elgin, SC, & Grewal, SI (2003). Heterokromatin: stillhet er gylden. Current Biology, 13 (23), R895-R898.
- Grewal, SI, & Jia, S. (2007). Heterochromatin revurdert. Nature Reviews Genetics, 8 (1), 35.
- Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Heterokromatin og epigenetisk kontroll av genuttrykk. vitenskap, 301 (5634), 798-802.
- Hennig, W. (1999). Heterochromatin. Kromosom, 108 (1), 1-9.