Nukleozómové funkcie, zloženie a štruktúra



nucleosome je základnou jednotkou balenia DNA v eukaryotických organizmoch. Ide teda o najmenší prvok kompresie chromatínu.

Nukleozóm je konštruovaný ako oktamér proteínov nazývaných históny alebo štruktúra v tvare bubna, na ktorej je navinutých približne 140 nt DNA, čo dáva takmer dve úplné otočky..

Okrem toho sa predpokladá, že ďalšia 40-80 nt DNA je časťou nukleozómu a je to frakcia DNA, ktorá umožňuje fyzikálnu kontinuitu medzi jedným nukleozómom a druhým v komplexnejších chromatínových štruktúrach (napríklad 30 nm chromatínové vlákno)..

Histónový kód bol jedným z prvých epigenetických kontrolných elementov, ktoré boli molekulárne najlepšie pochopené.

index

  • 1 Funkcie
  • 2 Zloženie a štruktúra
  • 3 Zhutnenie chromatínu
  • 4 Kód histónov a expresia génov
  • 5 Euchromatín vs. heterochromatín
  • 6 Ďalšie funkcie
  • 7 Referencie

funkcie

Nukleozómy umožňujú:

  • Balenie DNA, aby sa pre ňu vytvoril priestor v obmedzenom priestore jadra.
  • Určite rozdelenie medzi chromatínom, ktorý je exprimovaný (euchromatín) a tichým chromatínom (heterochromatínom)..
  • Organizujte všetky chromatíny tak priestorovo, ako aj funkčne v jadre.
  • Predstavujú substrát kovalentných modifikácií, ktoré určujú expresiu a úroveň expresie génov, ktoré kódujú proteíny prostredníctvom takzvaného histónového kódu..

Zloženie a štruktúra

V najzákladnejšom zmysle sú nukleozómy zložené z DNA a proteínov. DNA môže byť virtuálne akákoľvek dvojpásmová DNA prítomná v jadre eukaryotickej bunky, zatiaľ čo nukleozomálne proteíny patria k množstvu proteínov nazývaných históny..

Históny sú proteíny s malou veľkosťou a vysokou záťažou bázických aminokyselinových zvyškov; to umožňuje pôsobiť proti vysokému negatívnemu náboju DNA a vytvoriť účinnú fyzikálnu interakciu medzi týmito dvoma molekulami bez dosiahnutia tuhosti kovalentnej chemickej väzby.

Históny tvoria oktamér ako bubon s dvoma kópiami alebo monomérmi každého z histónov H2A, H2B, H3 a H4. DNA poskytuje takmer dve úplné otočky na stranách oktaméru a potom pokračuje frakciou DNA linkera, ktorá sa spája s histónom H1, aby sa vrátili, aby poskytli dva plné obrátky v inom histón-oktaméri..

Súprava oktamérov, asociovaná DNA a jej zodpovedajúci DNA linker je nukleozóm.

Zhutňovanie chromatínu

Genomická DNA sa skladá z extrémne dlhých molekúl (viac ako jeden meter v prípade ľudskej bytosti, berúc do úvahy všetky jej chromozómy), ktoré musia byť zhutnené a organizované v extrémne malom jadre.

Prvý krok tohto zhutňovania sa uskutočňuje tvorbou nukleozómov. Len s týmto krokom sa DNA zhutní asi 75 krát.

To vedie k lineárnemu vláknu, z ktorého sa vytvárajú nasledujúce úrovne zhutňovania chromatínu: 30 nm vlákna, slučky a slučky slučiek.

Keď sa bunka delí, buď mitózou alebo meiózou, konečným stupňom zhutnenia je samotný mitotický alebo meiotický chromozóm, resp..

Kód histónu a expresia génu

Skutočnosť, že histónové oktaméry a DNA interagujú elektrostaticky, čiastočne vysvetľujú ich účinnú asociáciu bez straty tekutosti potrebnej na to, aby sa nukleozómy stali dynamickými prvkami zhutňovania a dekomplikácie chromatínu..

Existuje však ešte prekvapivejší prvok interakcie: N-koncové konce histónov sú vystavené mimo vnútra oktaméru, kompaktnejšie a inertnejšie.

Tieto extrémy nielen fyzikálne interagujú s DNA, ale tiež podliehajú sérii kovalentných modifikácií, na ktorých bude závisieť stupeň zhutnenia chromatínu a expresia asociovanej DNA..

Súbor kovalentných modifikácií, pokiaľ ide o typ a počet, je okrem iného kolektívne známy ako histónový kód. Tieto modifikácie zahŕňajú fosforyláciu, metyláciu, acetyláciu, ubikvitináciu a sumoyláciu arginínových a lyzínových zvyškov na N koncoch histónov..

Každá zmena, v spojení s inými zmenami v rámci tej istej molekuly alebo vo zvyškoch iných histónov, najmä histónov H3, určí expresiu asociovanej DNA, ako aj stupeň zhutnenia chromatínu..

Ako všeobecné pravidlo sa napríklad zistilo, že hypermetylované a hypoacetylované históny určujú, že asociovaná DNA nie je exprimovaná a že tento chromatín je prítomný v kompaktnejšom stave (heterochromatický, a preto neaktívny)..

Naproti tomu euchromatická DNA (menej kompaktná a geneticky aktívna) je spojená s chromatínom, ktorého históny sú hyperacetylované a hypometylované.

Echromatín vs. heterochromatín

Už sme videli, že stav kovalentnej modifikácie histónov môže určiť stupeň expresie a zhutnenia lokálneho chromatínu. Komplikácie chromatínu na globálnych úrovniach sú tiež regulované kovalentnými modifikáciami histónov v nukleozómoch.

Ukázalo sa napríklad, že konštitutívny heterochromatín (ktorý nie je nikdy exprimovaný a je husto zabalený) má tendenciu byť umiestnený v susedstve jadrovej fólie, pričom ponecháva jadrové póry voľné..

Na druhej strane, konštitutívny euchromatín (ktorý je vždy vyjadrený ako ten, ktorý zahŕňa gény bunkovej údržby a nachádza sa v oblastiach voľného chromatínu), robí tak vo veľkých slučkách, ktoré vystavujú DNA, ktorá sa má transkribovať na transkripčné zariadenie..

Iné oblasti genómovej DNA oscilujú medzi týmito dvoma stavmi v závislosti od času vývoja organizmu, podmienok rastu, identity buniek atď..

Ďalšie funkcie

Aby sa dosiahol súlad s plánom vývoja, expresie a udržiavania buniek, musia sa genómy eukaryotických organizmov jemne regulovať, kedy a ako by sa mali prejaviť ich genetické potenciály..

Vychádzajúc z informácií uložených v ich génoch, nachádzajú sa v jadre v konkrétnych oblastiach, ktoré určujú ich transkripčný stav.

Môžeme teda povedať, že ďalšou zo základných úloh nukleozómov, prostredníctvom zmien chromatínu, ktoré pomáhajú definovať, je organizácia alebo architektúra jadra, ktoré ich hostí..

Táto architektúra je zdedená a je fylogeneticky zachovaná vďaka existencii týchto modulárnych prvkov informačného balenia.

referencie

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6)th Vydanie). W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Brooker, R. J. (2017). Genetika: analýza a zásady. McGraw-Hill Vyššie vzdelávanie, New York, NY, USA.
  3. Cosgrove, M. S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Regulovaná mobilita nukleozómov a kód histónu. 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). Úvod do genetickej analýzy (11. \ Tth ed.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, USA.