Nukleosomifunktiot, koostumus ja rakenne



nukleosomin se on DNA-pakkauksen perusyksikkö eukaryoottisissa organismeissa. Siksi se on pienin kromatiinin puristuselementti.

Nukleosomi on muodostettu proteiinien, joita kutsutaan histoneiksi, tai rummunmuotoisen rakenteen oktaameeriksi, jolle noin 140 ng DNA: ta kääritään, jolloin saadaan lähes kaksi täydellistä kierrosta.

Lisäksi katsotaan, että noin 40-80 nt DNA lisäosana nukleosomin, ja on osa DNA: n, joka sallii fyysinen jatkuvuus nukleosomiin ja muut kromatiinin monimutkaisempia rakenteita (kuten kromatiinin kuitu 30 nm).

Histonikoodi oli yksi ensimmäisistä epigeneettisistä kontrollielementeistä, jotka parhaiten ymmärsivät molekyylisesti.

indeksi

  • 1 Toiminnot
  • 2 Koostumus ja rakenne
  • 3 Kromatiinin tiivistäminen
  • 4 Histonien ja geenien ilmentymisen koodi
  • 5 Euchromatin vs. heterokromatiini
  • 6 Muut toiminnot
  • 7 Viitteet

tehtävät

Nukleosomit sallivat:

  • DNA: n pakkaus, jotta se olisi tilaa ydin rajallisessa tilassa.
  • Määritä ilmentyvän kromatiinin (euchromatiini) ja hiljaisen kromatiinin (heterokromatiini) välinen väliseinä.
  • Järjestä kaikki kromatiinit sekä alueellisesti että toiminnallisesti ytimessä.
  • Ne edustavat kovalenttisten modifikaatioiden substraattia, jotka määrittävät proteiinien koodaavien geenien ilmentymisen ja ilmentymistason niin kutsutun histonikoodin kautta.

Koostumus ja rakenne

Sen perusperiaatteessa nukleosomit koostuvat DNA: sta ja proteiineista. DNA voi olla käytännöllisesti katsoen mikä tahansa kaksoiskaistainen DNA, joka on läsnä eukaryoottisolun ytimessä, kun taas nukleosomiset proteiinit kuuluvat kaikki proteiiniryhmään, jota kutsutaan histoneiksi..

Histonit ovat pienikokoisia proteiineja, joilla on suuri emäksisten aminohappotähteiden kuormitus; tämä mahdollistaa DNA: n korkean negatiivisen varauksen torjumisen ja tehokkaan fyysisen vuorovaikutuksen kahden molekyylin välillä saavuttamatta kovalenttisen kemiallisen sidoksen jäykkyyttä.

Histoni oktameeri muodostamiseksi rummun tavalla kaksi kopiota tai monomeereista, joista kukin H2A, H2B, H3 ja H4-histonit. DNA antaa lähes kaksi kierrosta sivujen yli oktameeriä ja sitten jatkuu osa kytkijä-DNA liittyy histoni H1, jolloin saatiin kaksi kierrosta takaisin toiseen histoni oktameeriä.

Oktameerisarja, siihen liittyvä DNA ja sen vastaava DNA-linkkeri on nukleosomi.

Kromatiinin tiivistyminen

Genominen DNA koostuu erittäin pitkistä molekyyleistä (yli yhden metrin ihmisen tapauksessa, ottaen huomioon kaikki sen kromosomit), jotka on tiivistettävä ja järjestettävä erittäin pienessä ytimessä..

Tämän tiivistymisen ensimmäinen vaihe suoritetaan nukleosomien muodostumisen kautta. Vain tässä vaiheessa DNA tiivistetään noin 75 kertaa.

Tämä saa aikaan lineaarisen kuidun, josta seuraa kromatiinin tiivistymisen tasot: 30 nm: n kuitu-, silmukka- ja silmukkasilmukat.

Kun solu jakautuu joko mitoosin tai meioosin avulla, lopullinen tiivistysaste on itse asiassa mitoottinen tai meioottinen kromosomi..

Histonikoodi ja geenin ilmentyminen

Se seikka, että histoni oktameerit ja DNA sähköstaattisesti vuorovaikutuksessa selittää sen tehokas yhdistys, menettämättä edellyttämä sujuvuus nukleosomiin tiivistys ja dynaamiset elementit decompactación kromatiinin.

Mutta on vielä yllättävämpi vuorovaikutuselementti: histonien N-terminaaliset päät altistuvat oktaamerin sisäpuolelle, kompakti ja inertti.

Nämä ääripäät eivät ainoastaan ​​fyysisesti vuorovaikutuksessa DNA: n kanssa, vaan myös käyvät läpi useita kovalenttisia modifikaatioita, joihin kromatiinin tiivistymisaste ja siihen liittyvän DNA: n ilmentyminen riippuvat.

Kovalenttisten modifikaatioiden joukkoa, muun muassa tyyppiä ja numeroa, kutsutaan muun muassa histonikoodiksi. Näihin modifikaatioihin sisältyvät arginiini- ja lysiinitähteiden fosforylaatio, metylointi, asetylointi, ubikvinaatio ja sumoylointi histonien N-terminaalissa.

Kukin muutos yhdessä muiden saman molekyylin sisällä olevien tai muiden histonien tähteiden, erityisesti histonien H3, kanssa määrittelee siihen liittyvän DNA: n ilmentymisen tai ei, samoin kuin kromatiinin tiivistymisaste..

Yleensä on ollut, esimerkiksi hypermetyloitunut hypoacetylated histonien ja määrittää, että siihen liittyvä DNA ei ilmenny, ja että kromatiinin on esitetty enemmän kompakti tila (heterochromatic, ja siten ei-aktiivinen).

Sitä vastoin euchromaattinen DNA (vähemmän kompakti ja geneettisesti aktiivinen) liittyy kromatiiniin, jonka histonit ovat hyperaketyloituja ja hypometyloituja.

Echromatin vs. heterokromatiini

Olemme jo nähneet, että histonien kovalenttisen modifioinnin tila voi määrittää paikallisen kromatiinin ilmentymis- ja tiivistysasteen. Globaalisilla tasoilla kromatiinin tiivistymistä säätelee myös histonien kovalenttiset modifikaatiot nukleosomeissa.

On osoitettu, esimerkiksi konstitutiivista heterokromatiinia (ei ilmaistu, ja on tiheästi) pyrkii sijaitsee kiinnitetty tumalevy, jolloin vapaa tumahuokonen.

Samaan aikaan konstitutiivisen eukromatiinilla (joka on aina ilmaistu, kuten geenit mukaan lukien solujen ylläpito, ja sijaitsee alueilla löysä kromatiinin), se on suuri silmukoita, jotka altistavat DNA transkriptoitavaksi transkriptiokoneistoon.

Muut genomisen DNA: n alueet värähtelevät näiden kahden tilan välillä riippuen organismin kehittymisajasta, kasvuolosuhteista, solun identiteetistä jne..

Muut toiminnot

Jotta eukaryoottisten organismien genomit voisivat noudattaa solukehityksen, ilmentymisen ja ylläpidon suunnitelmaa, niiden on säänneltävä tarkasti, milloin ja miten niiden geneettiset mahdollisuudet tulee ilmetä.

Alkaen geeneihin tallennetuista tiedoista, ne sijaitsevat ytimessä tietyillä alueilla, jotka määrittävät niiden transkription tilan.

Voimme siis sanoa, että toinen nukleosomien keskeisistä rooleista kromatiinin muutosten avulla, jotka auttavat määrittelemään, on niiden ytimen organisaatio tai arkkitehtuuri, joka järjestää niitä..

Tämä arkkitehtuuri on perinnöllinen ja se on phylogeneettisesti säilynyt informaatiopakkausten näiden modulaaristen elementtien olemassaolon vuoksi.

viittaukset

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) solun molekyylibiologia (6th Painos). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Brooker, R. J. (2017). Geneettinen analyysi ja periaatteet. McGraw-Hillin korkea-asteen koulutus, New York, NY, Yhdysvallat.
  3. Cosgrove, M. S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Säädetty nukleosomien liikkuvuus ja histonikoodi. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Johdatus geneettiseen analyysiin (11. \ Tth toim.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, USA.