Heterokromatin je del kromatina (DNA in histonske proteinov) gosto pakiranih evkariontskih kromosomov. Običajno je povezan s "tihimi" območji genoma, torej s tistimi, ki so transkripcijsko neaktivni.
Heitz je leta 1928 prvi med dvema fazama razlikoval dve različni vrsti kromatina na evkariontskih kromosomih, ki je opisal evkromatin in heterokromatin na podlagi njunega diferencialnega zbijanja.
Organizacija kromatina v jedru (Vir: Sha, K. in Boyer, LA Hromatinski podpis pluripotentnih celic (31. maj 2009), StemBook, ed. Skupnost za raziskave matičnih celic, StemBook, doi / 10.3824 / matična knjiga. 1.45.1, http://www.stembook.org. Prek Wikimedia Commons)
Če se evkariontski kromosomi obarvajo z različnimi tehnikami, značilnimi za DNK, mikroskopska opazovanja razkrijejo, da obstajajo območja teh struktur, ki obarvajo bolj intenzivno kot druge. Te regije ustrezajo hiperkompaktnim regijam hetrokromatina.
Heterokromatizacija DNK, torej embalaže, se lahko pojavi v celici kot odziv na različne dejavnike in je lahko fakultativna ali sestavna.
Konstitutivni heterokromatin je trajna lastnost, ki je na splošno podedovana, medtem ko fakultativni heterokromatin lahko kadar koli ni na kromosomu. Najboljši primer konstitutivnega heterokromatina je eden od dveh X kromosomov pri ženskah.
V eukariotih heterokromatin "shranjuje" in "kompaktira" velike genome, ki jih karakterizirajo, zlasti tiste regije, ki so sestavljene iz ponavljajočih sekvenc, preostalih frakcij vdornih retro transpozonov, med drugim prenosnih elementov.
Struktura
Heterokromatin nima zelo drugačne strukture kot manj gosto pakiran kromatin, evkromatin.
Če to razumemo, je pomembno vedeti, da evkariontski kromosomi sestavljajo molekulo DNK, ki je povezana z beljakovinami, imenovanimi histoni. Osem histonov tvori oktamerno jedro, znano kot "nukleosom", okoli katerega se ovija DNK.
Povezava DNK s proteini histona se zgodi zahvaljujoč elektrostatičnim interakcijam med pozitivnimi naboji osnovnih ostankov teh beljakovin in negativnimi naboji fosfatnih skupin strukture verige DNA.
Nukleozom (Vir: Nucleosome_structure.png: Richard Wheeler (Zephyris) izpeljano delo (Nucleosome-2.png): Rekymanto prek Wikimedia Commons)
- oktamer histonov
Vsak oktamer histonov je sestavljen iz tetramera histonov H3 in H4 ter dveh dimerov histonov H2A in H2B; Okoli jedra histonov je nameščenih približno 146 baznih parov DNK.
Nukleozomi se "približajo" drug drugemu zahvaljujoč sodelovanju drugega histona, ki ga poznamo kot histon zveze ali mostu (linker, v angleščini), to je histon H1.
Kromatin je nato sestavljen iz zaporednih nukleozomov, ki kompaktno tvorijo vlaknasto strukturo večje debeline, vendar manjše dolžine.
Za vsak protein histona je značilna prisotnost aminokislinskega "repa", ki je podvržen kovalentnim encimskim spremembam. Ugotovljeno je bilo, da te spremembe vplivajo na stopnjo izražanja ali utišanje genov, povezanih z nukleozomi, kot tudi na stopnjo zbijanja kromatina.
Zlasti za heterokromatin je značilno hipoacetilacija histonov v vseh evkariotih in metilacija histona H3 v lizinskem ostanku 9, samo za "višje" evkariote.
Encimi, odgovorni za izvedbo teh sprememb, so znani kot histon deacetilaze in histon metiltransferaze.
Poleg modifikacij histonov lahko DNK tudi metiliramo, kar vpliva na stopnjo zgoščenosti kromatina in ustreza drugemu od dveh epigenetskih mehanizmov organizacije evkariontskega genoma.
Kje najdemo heterokromatin?
Heterokromatin, kot smo razpravljali na začetku, je lahko sestavni ali fakultativni.
Konstitutivni heterokromatin je še posebej bogat v genomskih regijah, ki imajo visoko gostoto ponavljajočih se sekvenc (na primer satelitskih elementov), kjer obstajajo obilni utišani prenosni elementi, v centromernih regijah in telomerah.
Kažejo, da je konstitutiven, ker te regije genoma med delitvijo celic ostanejo kondenzirane ali kompaktne. Na drugi strani je večina celic DNK evromatična in obstaja le nekaj dobro opredeljenih regij konstitutivnega heterokromatina.
Fakultativni heterokromatin je tisti, ki ga najdemo na lokusih, ki so regulirani v različnih razvojnih fazah; zato dejansko predstavlja "prehodno kondenzirane" regije, ki se lahko spreminjajo glede na celične signale in genetsko aktivnost.
Lastnosti
Ker je heterokromatin pomemben del telomernih in centromernih regij, ima transcendentalne funkcije z vidika delitve celic in zaščite kromosomskih koncev.
Centromeres aktivno deluje med delitvijo celic, kar omogoča, da se podvojeni kromosomi premikajo proti obema polovoma delitvene celice, ostali geni pa ostanejo neaktivni in kompaktni.
Zbijanje specifičnih regij evkariontskih kromosomov je sinonim za gensko utišanje, saj dejstvo, da je heterokromatin gosto zapakiran, pomeni nedostopnost transkripcijskih strojev do osnovnih zaporedij genov.
Kar zadeva rekombinacijo, heterokromatin potlači ta postopek in tako zaščiti celovitost genoma s prepovedjo "nelegitimne" rekombinacije med ponavljajočimi sekvencemi DNA, raztresenimi po genomu. To je še posebej pomembno za nadzor nad "parazitskih" premičnih elementov, ki jih utišamo s heterokromatiziranjem.
Strukturne funkcije
Do pred nekaj leti je veljalo, da je heterokromatična DNK nekakšna "junk DNA", saj znanstveniki niso našli posebne funkcije za sekvence, ki so vključene v teh regijah; Spomnimo se, da več kot 80% genomske DNK človeka na primer ne kodira za celične beljakovine ali molekule RNA z regulativnimi funkcijami.
Vendar je zdaj znano, da je tvorba fakultativne heterokromatske DNK izjemnega pomena za regulacijo številnih procesov med razvojem in rastjo živih bitij ter da imajo konstitutivne heterokromatinske regije temeljno vlogo z vidika s strukturnega vidika.
Mnogi avtorji predlagajo, da ima lahko heterokromatin strukturne funkcije na evkariontskih kromosomih. Ta trditev temelji na dejstvu, da heterokromatske regije na določenem kromosomu ločujejo njegove dele, ki imajo različne vzorce genetske "aktivnosti".
Z drugimi besedami, heterokromatske regije služijo kot "distančniki" med različnimi transkripcijsko aktivnimi regijami, kar je lahko z vidika transkripcije genov, ki se nahajajo tam, zelo pomembnega.
Reference
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Uvod v genetsko analizo. Macmillan.
- Brown, SW (1966). Heterokromatin. Znanost, 151 (3709), 417–425.
- Elgin, SC, & Grewal, SI (2003). Heterokromatin: tišina je zlata. Trenutna biologija, 13 (23), R895-R898.
- Grewal, SI, & Jia, S. (2007). Heterokromatin je bil revidiran. Nature Reviews Genetics, 8 (1), 35.
- Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Heterokromatin in epigenetska kontrola izražanja genov. znanost, 301 (5634), 798–802.
- Hennig, W. (1999). Heterokromatin. Kromosoma, 108 (1), 1–9.