- Egenskaper
- Sammensetning og struktur
- Kromatinkomprimering
- Histonkoden og genuttrykket
- Eukromatin vs heterokromatin
- Andre funksjoner
- referanser
Den nucleosome er den grunnleggende pakningsenhet av DNA i eukaryote organismer. Det er derfor det minste kompresjonselementet for kromatin.
Nukleosomet er bygget som en oktamer av proteiner som kalles histoner, eller en trommelformet struktur som omlag 140 nt DNA er viklet, noe som gjør nesten to komplette svinger.
Nukleosomstruktur
I tillegg anses ytterligere 40-80 nt DNA å være en del av nukleosomet, og det er brøkdelen av DNA som tillater fysisk kontinuitet mellom ett nukleosom og et annet i mer komplekse kromatinstrukturer (for eksempel 30 nm kromatinfibre).
Histonkoden var et av de første molekylært best forståtte epigenetiske kontrollelementene.
Egenskaper
Nukleosomer tillater:
- Emballasje av DNA for å passe inn i det begrensede rommet i kjernen.
- De bestemmer partisjonen mellom kromatinet som kommer til uttrykk (eukromatin) og det stille kromatinet (heterokromatin).
- De organiserer alt kromatin både romlig og funksjonelt i kjernen.
- De representerer underlaget til de kovalente modifikasjonene som bestemmer ekspresjonen og ekspresjonsnivået til genene som koder for proteiner gjennom den såkalte histonkoden.
Sammensetning og struktur
I sin mest grunnleggende forstand består nukleosomer av DNA og proteiner. DNA kan være praktisk talt hvilket som helst dobbeltbånd-DNA som er til stede i kjernen til den eukaryote cellen, mens nukleosomale proteiner alle tilhører settet proteiner som kalles histoner.
Histoner er små proteiner med stor belastning basiske aminosyrerester; Dette gjør det mulig å motvirke den høye negative ladningen av DNA og etablere en effektiv fysisk interaksjon mellom de to molekylene uten å nå stivheten til den kovalente kjemiske bindingen.
Histoner danner en trommellignende oktamer med to kopier eller monomerer av hver av histonene H2A, H2B, H3 og H4. DNA gjør nesten to komplette svinger på sidene av oktameren og fortsetter deretter med en brøkdel av linker-DNA som assosieres med histon H1, for å komme tilbake for å gi to komplette svinger på en annen histonoktamer.
Oktamersettet, assosiert DNA, og dets tilsvarende linker-DNA, er et nukleosom.
Kromatinkomprimering
Genomisk DNA består av ekstremt lange molekyler (mer enn en meter når det gjelder mennesker, med tanke på alle deres kromosomer), som må komprimeres og organiseres i en ekstremt liten kjerne.
Det første trinnet i denne komprimeringen blir utført gjennom dannelse av nukleosomer. Bare med dette trinnet blir DNAet komprimert omtrent 75 ganger.
Dette gir opphav til en lineær fiber hvorfra påfølgende nivåer av kromatinkompaktering er bygd: 30 nm fiber, løkker og løkker.
Når en celle deler seg, enten ved mitose eller ved meiose, er den endelige grad av komprimering henholdsvis mitotisk eller meiotisk kromosom.
Histonkoden og genuttrykket
At histonoktamerene og DNA interagerer elektrostatisk forklarer delvis deres effektive assosiasjon, uten å miste fluiditeten som kreves for å gjøre nukleosomer til dynamiske elementer for komprimering og dekomprimering av kromatin.
Men det er et enda mer overraskende samspillselement: N-terminale ender av histonene blir utsatt utenfor det indre av den mer kompakte og inerte oktameren.
Disse ender ikke bare fysisk samvirke med DNA, men gjennomgår også en serie kovalente modifikasjoner som komprimeringsgraden av kromatinet og ekspresjonen av det tilknyttede DNA vil avhenge av.
Settet med kovalente modifikasjoner, både med hensyn til type og antall, er samlet kjent som histonkoden. Disse modifikasjonene inkluderer fosforylering, metylering, acetylering, ubikvitinering og sumoylering av arginin og lysinrester ved N-terminalen til histoner.
Hver forandring, sammen med andre i det samme molekylet eller i rester av andre histoner, spesielt histoner H3, vil bestemme ekspresjonen eller ikke av det tilknyttede DNA, så vel som komprimeringsgraden av kromatinet.
Som en generell regel har man for eksempel sett at hypermetylerte og hypoacetylerte histoner bestemmer at det tilknyttede DNA ikke blir uttrykt og at kromatin er til stede i en mer kompakt tilstand (heterokromatisk, og derfor inaktiv).
I kontrast er eukromatisk DNA (mindre kompakt og genetisk aktiv) assosiert med et kromatin hvis histoner er hyperacetylert og hypometylert.
Eukromatin vs heterokromatin
Vi har allerede sett at den kovalente modifiseringsstatusen for histoner kan bestemme graden av uttrykk og komprimering av lokalt kromatin. På globale nivåer blir kromatinkompaktering også regulert av kovalente modifikasjoner av histoner i nukleosomer.
For eksempel har det blitt vist at konstitutivt heterokromatin (som aldri kommer til uttrykk og er tett pakket) har en tendens til å bli bundet til kjernelaminaen, slik at kjerneporene blir fri.
Konstitutivt eukromatin (som alltid kommer til uttrykk, for eksempel det som inkluderer cellevedlikeholdsgener og er lokalisert i regioner med slapp kromatin), gjør det i store løkker som utsetter DNAet som skal transkriberes til transkripsjonsmaskineriet. .
Andre regioner med genomisk DNA svinger mellom disse to tilstandene, avhengig av utviklingstiden for organismen, vekstbetingelser, celleidentitet, etc.
Andre funksjoner
For å oppfylle planen deres for celleutvikling, uttrykk og vedlikehold, må genomene til eukaryote organismer fint regulere når og hvordan deres genetiske potensialiteter må manifestere seg.
Fra informasjonen som er lagret i genene deres, ligger disse i kjernen i bestemte regioner som bestemmer deres transkripsjonelle tilstand.
Vi kan derfor si at en annen av de grunnleggende rollene til nukleosomer, gjennom kromatinendringene som det hjelper med å definere, er organisasjonen eller arkitekturen til kjernen som huser dem.
Denne arkitekturen er arvet og er filogenetisk bevart takket være eksistensen av disse modulære elementene i informasjonsemballasje.
referanser
- Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology av cellen (6 th Edition). WW Norton & Company, New York, NY, USA.
- Brooker, RJ (2017). Genetikk: analyse og prinsipper. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
- Cosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Regulert nukleosommobilitet og histonkode. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
- Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Pkil Philadelphia, PA, USA.
- Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). An Introduction to Genetic Analysis (11 th ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.