Нуклеозомни функции, състав и структура



на Нуклеозомната тя е основната единица на ДНК опаковката в еукариотните организми. Следователно това е най-малкият елемент за компресиране на хроматин.

Нуклеозомата е конструирана като октамер на протеини, наречени хистони, или барабанна структура, върху която се навиват около 140 nt ДНК, което дава почти два пълни завоя..

Освен това се счита, че допълнителните 40-80 nt от ДНК са част от нуклеозомата, и това е частта от ДНК, която позволява физическа приемственост между един нуклеозом и друг в по-сложни хроматинови структури (като например 30 nm хроматиново влакно)..

Хистонният код е един от първите епигенетични контролни елементи, най-добре разбрани молекулярно.

индекс

  • 1 Функции
  • 2 Състав и структура
  • 3 Уплътняване на хроматин
  • 4 Кодът на хистоните и генната експресия
  • 5 Евхроматин срещу хетерохроматин
  • 6 Други функции
  • 7 Препратки

функции

Нуклеозомите позволяват:

  • Опаковката на ДНК, за да направи място за нея в ограниченото пространство на ядрото.
  • Определяне на разпределението между експресирания хроматин (еухроматин) и тихия хроматин (хетерохроматин).
  • Организирайте целия хроматин както пространствено, така и функционално в ядрото.
  • Те представляват субстрата на ковалентните модификации, които определят експресията и нивото на експресия на гените, които кодират протеини чрез т.нар. Хистонов код.

Състав и структура

В най-основния си смисъл, нуклеозомите са съставени от ДНК и протеини. ДНК може да бъде, на практика, всяка двойно-лентова ДНК, присъстваща в ядрото на еукариотната клетка, докато нуклеозомните протеини принадлежат, всички, към множеството протеини, наречени хистони..

Хистоните са протеини с малък размер и с голямо натоварване на основни аминокиселинни остатъци; това позволява да се противодейства на високия отрицателен заряд на ДНК и да се установи ефективно физическо взаимодействие между двете молекули, без да се достигне твърдостта на ковалентната химична връзка..

Хистоните образуват октамер като барабан с две копия или мономери от всеки от хистоните Н2А, Н2В, Н3 и Н4. ДНК дава почти два пълни завоя на страните на октамера и след това продължава с част от ДНК линкер, който се свързва с хистон Н1, за да се върне, за да даде два пълни завоя в друг хистонов октамер.

Наборът октамери, свързаната ДНК и съответстващият му ДНК линкер, е нуклеозома.

Уплътняване на хроматин

Геномната ДНК се състои от изключително дълги молекули (повече от един метър в случай на човешко същество, като се имат предвид всичките му хромозоми), които трябва да бъдат уплътнени и организирани в рамките на изключително малко ядро.

Първият етап на това уплътняване се осъществява чрез образуването на нуклеозомите. Само с тази стъпка ДНК се уплътнява около 75 пъти.

Това води до изграждане на линейно влакно, от което се изграждат последващи нива на уплътняване на хроматин: 30 nm влакна, бримки и бримки.

Когато клетката се дели или чрез митоза, или чрез мейоза, крайната степен на уплътняване е самата митотична или мейотична хромозома, съответно.

Хистонов код и генна експресия

Фактът, че хистоновите октамери и ДНК взаимодействат електростатично, обясняват частично тяхната ефективна асоциация, без да губят течливостта, необходима за създаване на динамични елементи на нуклеозоми на уплътняване и декомпозиция на хроматин.

Но има още по-изненадващ елемент на взаимодействие: N-терминалните краища на хистоните са изложени извън вътрешността на октамера, по-компактни и инертни..

Тези крайности не само физически взаимодействат с ДНК, но също така преминават през серия от ковалентни модификации, на които ще зависи степента на уплътняване на хроматина и експресията на свързаната ДНК..

Множеството от ковалентни модификации, по отношение на типа и броя, наред с други неща, е общо известно като хистонов код. Тези модификации включват фосфорилиране, метилиране, ацетилиране, убиквитиниране и сумоилиране на аргининови и лизинови остатъци при N краища на хистони..

Всяка промяна, в съчетание с други в рамките на същата молекула или в остатъци от други хистони, особено хистони Н3, ще определи експресията или не на свързаната ДНК, както и степента на уплътняване на хроматина..

Като общо правило е видяно, например, че хиперметилираните и хипоацетилирани хистони определят, че свързаната ДНК не е експресирана и че този хроматин присъства в по-компактно състояние (хетерохроматен и следователно неактивен)..

От друга страна, евкроматичната ДНК (по-малко компактна и генетично активна) се свързва с хроматин, чиито хистони са хиперацетилирани и хипометилирани..

Ехроматин срещу хетерохроматин

Вече видяхме, че състоянието на ковалентна модификация на хистони може да определи степента на експресия и уплътняване на местния хроматин. На световни нива, уплътняването на хроматина също се регулира чрез ковалентни модификации на хистони в нуклеозоми.

Показано е например, че конститутивният хетерохроматин (който никога не се експресира и е гъсто пакетиран) има тенденция да се намира в съседство с ядрения лист, оставяйки ядрените пори свободни..

От друга страна, конститутивният еухроматин (който винаги се изразява, като този, който включва гените на клетъчната поддръжка и е разположен в райони на свободен хроматин), прави това в големи контури, които излагат ДНК, която трябва да бъде транскрибирана към машината за транскрипция.

Други области на геномна ДНК осцилират между тези две състояния в зависимост от времето на развитие на организма, условията на растеж, идентичността на клетките и др..

Други функции

За да се съобразят с плана си за развитие, експресия и поддържане на клетките, геномите на еукариотните организми трябва да регулират точно кога и как трябва да се проявят генетичните им потенциали..

Започвайки от информацията, съхранявана в техните гени, те се намират в ядрото в определени области, които определят тяхното транскрипционно състояние.

Следователно можем да кажем, че друга от основните роли на нуклеозомите, чрез промените в хроматина, които помагат да се дефинира, е организацията или архитектурата на ядрото, което ги носи..

Тази архитектура е наследена и филогенетично запазена благодарение на наличието на тези модулни елементи на информационната опаковка.

препратки

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6)тата Edition). W. Norton & Company, Ню Йорк, Ню Йорк, САЩ.
  2. Brooker, R.J. (2017). Генетика: анализ и принципи. McGraw-Hill Висше образование, Ню Йорк, Ню Йорк, САЩ.
  3. Cosgrove, М.S., Boeke, J.D., Wolberger, C. (2004). Регулирана мобилност на нуклеозоми и хистонов код. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Генетика. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Въведение в генетичния анализ (11тата изд.). Ню Йорк: У. Х. Фрийман, Ню Йорк, Ню Йорк, САЩ.