HETEROKROMATIN: STRUKTUR OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den heterokromatin är en del av kromatin (DNA- och histonproteiner) tätt packade eukaryota kromosomer. Det är vanligtvis förknippat med de "tysta" regionerna i genomet, det vill säga med de som är transkriptionellt inaktiva.

Heitz, 1928, var den första som skilde två olika typer av kromatin på eukaryota kromosomer under intervall, och beskrev euchromatin och heterokromatin på grundval av deras differentiella komprimering.

Organiseringen av kromatin i kärnan (Källa: Sha, K. och Boyer, LA. Kromatinsignaturen för pluripotenta celler (31 maj 2009), StemBook, red. The Stem Cell Research Community, StemBook, doi / 10.3824 / stembook. 1.45.1, http://www.stembook.org. Via Wikimedia Commons)

Om eukaryota kromosomer färgas med olika tekniker, specifika för DNA, avslöjar mikroskopiska observationer att det finns regioner i dessa strukturer som färgar mer intensivt än andra. Dessa regioner motsvarar hyperkompaktregionerna för hetrochromatin.

Heterokromatinisering av DNA, det vill säga dess förpackning, kan förekomma i en cell som svar på olika faktorer och kan vara fakultativ eller konstitutiv.

Konstitutivt heterokromatin är ett permanent drag som i allmänhet ärvs, medan fakultativt heterokromatin kan eller inte kan vara på en kromosom vid en given tidpunkt. Det bästa exemplet på konstitutivt heterokromatin är det för en av de två X-kromosomerna hos kvinnor.

I eukaryoter "lagrar" och "komprimeras" heterokromatin de stora genomerna som karakteriserar dem, särskilt de regioner som består av repetitiva sekvenser, återstående fraktioner av invaderande retro transposoner, transponerbara element, bland andra.

Strukturera

Heterokromatin har inte någon helt annan struktur än det mindre tätt packade kromatinet, euchromatin.

Förstå detta är det viktigt att komma ihåg att eukaryota kromosomer består av en DNA-molekyl som är associerad med proteiner som kallas histoner. Åtta histoner bildar en oktamerisk kärna känd som en "nukleosom", runt vilken DNA lindas.

Föreningen av DNA med histonproteiner sker tack vare elektrostatiska interaktioner mellan de positiva laddningarna av de basiska resterna av dessa proteiner och de negativa laddningarna för fosfatgrupperna i strukturen i DNA-strängen.

Nukleosomen (Källa: Nucleosome_structure.png: Richard Wheeler (Zephyris) derivatarbete (Nucleosome-2.png): Rekymanto via Wikimedia Commons)

- Oktamer av histoner

Varje oktamer av histoner består av en tetramer av histoner H3 och H4 och av två dimerer av histoner H2A och H2B; Cirka 146 baspar av DNA rymmer runt varje histonkärna.

Nukleosomer "kommer närmare" varandra tack vare deltagande av en annan histon känd som en histon av union eller bridge (linker, på engelska), som är histon H1.

Kromatin består sedan av på varandra följande nukleosomer som kompakterar för att bilda en fibrös struktur med större tjocklek men mindre längd.

Varje histonprotein kännetecknas av närvaron av en aminosyra "svans" som kan genomgå kovalenta enzymatiska modifieringar. Dessa modifieringar har visat sig påverka graden av expression eller tystnad av gener associerade med nukleosomer, såväl som kompakteringsnivån för kromatin.

I synnerhet kännetecknas heterokromatin av hypoacetylering av histoner i alla eukaryoter och av metylering av histon H3 vid lysinrest 9, endast för "högre" eukaryoter.

Enzymerna som är ansvariga för att utföra dessa modifieringar är kända respektive som histondeacetylaser och histonmetyltransferaser.

Förutom modifieringar i histoner kan DNA också metyleras, vilket påverkar graden av kompaktering av kromatin och motsvarar den andra av de två epigenetiska mekanismerna för organisering av det eukaryota genomet.

Var hittar heterokromatin?

Heterokromatin, som diskuterats i början, kan vara konstitutiv eller fakultativ.

Konstitutivt heterokromatin är särskilt rikligt i genomiska regioner som har en hög täthet av repetitiva sekvenser (såsom satellitelement, till exempel), där det finns gott om tystade transposerbara element, i de centromera regionerna och i telomerer.

Det sägs vara konstitutivt eftersom dessa områden i genomet förblir kondenserade eller kompakta under celldelning. I en icke-delande cell, å andra sidan, är det mesta av DNAet eukromatiskt och det finns bara ett fåtal väldefinierade regioner av konstitutivt heterokromatin.

Facultativt heterokromatin är det som finns på loci som regleras under olika utvecklingsstadier; så det representerar faktiskt de "övergående kondenserade" regionerna som kan förändras beroende på cellulära signaler och genetisk aktivitet.

Funktioner

Eftersom heterokromatin är en viktig del av de telomera och centromera regionerna, utövar det transcendentala funktioner ur celldelning och skydd av kromosomala ändar.

Centromerer fungerar aktivt under celldelning, vilket gör att duplicerade kromosomer kan röra sig mot båda polerna i den delande cellen, medan resten av generna förblir inaktiva och kompakta.

Komprimeringen av specifika regioner av eukaryota kromosomer är synonymt med genetisk tystnad, eftersom det faktum att heterokromatin är tätt packad implicerar den transkriptionella maskinens otillgänglighet till de underliggande gensekvenserna.

När det gäller rekombination, undertrycker heterokromatin denna process och skyddar genomets integritet genom att förbjuda "illegitim" rekombination mellan repetitiva DNA-sekvenser spridda genom genomet. Detta är särskilt viktigt för kontroll av "parasitiska" transponerbara element, som tystas genom heterokromatinisering.

Strukturella funktioner

Fram till för några år sedan trodde man att heterokromatiskt DNA var ett slags "skräp-DNA", eftersom forskare inte hittade en specifik funktion för sekvenserna som ingår i dessa regioner; Låt oss komma ihåg att mer än 80% av en människas genomiska DNA, till exempel, inte kodar för cellulära proteiner eller RNA-molekyler med reglerande funktioner.

Det är emellertid nu känt att bildandet av fakultativt heterokromatiskt DNA är av yttersta vikt för reglering av många processer under utveckling och tillväxt av levande varelser, och att konstitutiva heterokromatinregioner spelar en grundläggande roll ur synvinkel strukturellt sett.

Det har föreslagits av många författare att heterokromatin kan ha strukturella funktioner på eukaryota kromosomer. Detta påstående baseras på det faktum att heterokromatiska regioner på en given kromosom separerar delar av den som har olika mönster av genetisk "aktivitet".

Med andra ord tjänar de heterokromatiska regionerna som "distansorgan" mellan olika transkriptionsaktiva regioner, vilket kan vara av stor betydelse med tanke på transkriptionen av generna som finns där.

referenser

1. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduktion till genetisk analys. Macmillan.
2. Brown, SW (1966). Heterokromatin. Science, 151 (3709), 417-425.
3. Elgin, SC, & Grewal, SI (2003). Heterokromatin: tystnad är gyllene. Aktuell biologi, 13 (23), R895-R898.
4. Grewal, SI, & Jia, S. (2007). Heterokromatin återbesökt. Nature Reviews Genetics, 8 (1), 35.
5. Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Heterokromatin och epigenetisk kontroll av genuttryck. science, 301 (5634), 798-802.
6. Hennig, W. (1999). Heterokromatin. Kromosom, 108 (1), 1-9.