Nukleosomske funkcije, sastav i struktura



nukleosom ona je osnovna jedinica DNA pakiranja u eukariotskim organizmima. To je, dakle, najmanji element kompresije kromatina.

Nukleosom je konstruiran kao oktamer proteina zvanih histoni, ili struktura u obliku bubnja na kojoj je ranjeno oko 140 nt DNA, što daje gotovo dva potpuna okreta.

Osim toga, smatra se da je dodatnih 40-80 nt DNA dio nukleosoma, i to je dio DNA koji omogućuje fizički kontinuitet između jedne nukleosome i druge u složenijim strukturama kromatina (kao što je 30 nm vlakno kromatina)..

Histonski kod je bio jedan od prvih epigenetskih kontrolnih elemenata koji su najbolje razumjeli molekularno.

indeks

  • 1 Funkcije
  • 2 Sastav i struktura
  • 3 Zbijanje kromatina
  • 4 Kod histona i ekspresije gena
  • 5 Euchromatin vs. heterochromatin
  • 6 Ostale funkcije
  • 7 Reference

funkcije

Nukleosomi omogućuju:

  • Pakiranje DNA kako bi se napravilo mjesta za to u ograničenom prostoru jezgre.
  • Odrediti podjelu između kromatina koji se eksprimira (euchromatin) i tihog kromatina (heterochromatin).
  • Organizirajte sve kromatine prostorno i funkcionalno u jezgri.
  • Oni predstavljaju supstrat kovalentnih modifikacija koje određuju ekspresiju i razinu ekspresije gena koji kodiraju proteine ​​kroz tzv. Histonski kod.

Sastav i struktura

U svom najosnovnijem smislu, nukleosomi su sastavljeni od DNA i proteina. DNK može biti, praktički, bilo koja dvostruka DNK prisutna u jezgri eukariotske stanice, dok nukleosomalni proteini pripadaju skupu proteina zvanih histoni..

Histoni su proteini male veličine i visokog opterećenja bazičnih aminokiselinskih ostataka; to omogućuje suprotstavljanje visokom negativnom naboju DNA i uspostavljanje učinkovite fizičke interakcije između dvije molekule bez postizanja krutosti kovalentne kemijske veze.

Histoni oblikuju oktamer kao bubanj s dvije kopije ili monomerom svakog od histona H2A, H2B, H3 i H4. DNA daje gotovo dva potpuna zavoja na stranama oktamera, a zatim nastavlja s frakcijom DNA linkera koja se povezuje s histonom H1, da se vrati u dva puna zavoja u drugom histonskom oktameru.

Set oktamera, pripadajuća DNA i odgovarajući DNA linker, je nukleosom.

Kompaktiranje kromatina

Genomska DNA sastoji se od ekstremno dugih molekula (više od jednog metra u slučaju ljudskog bića, uzimajući u obzir sve njezine kromosome), koje moraju biti zbijene i organizirane unutar vrlo male jezgre.

Prvi korak ovog zbijanja provodi se stvaranjem nukleosoma. Samo s ovim korakom DNA je zbijena oko 75 puta.

To dovodi do linearnog vlakna od kojeg se grade slijedeće razine zbijanja kromatina: 30 nm vlakna, petlje i petlje petlje.

Kada se stanica dijeli, bilo mitozom ili mejozom, krajnji stupanj zbijanja je sam mitotički ili meiotički kromosom, odnosno.

Histonski kod i ekspresija gena

Činjenica da histonski oktameri i DNA interaktivno elektrostatski djelomično objašnjavaju njihovu učinkovitu povezanost, bez gubitka fluidnosti potrebne za stvaranje nukleosomskih dinamičkih elemenata zbijanja i dekompakcije kromatina.

Ali postoji još iznenađujući element interakcije: N-terminalni krajevi histona izloženi su izvan unutrašnjosti oktamera, kompaktniji i inertniji..

Ovi ekstremi ne samo da su fizički u interakciji s DNA, već također prolaze kroz niz kovalentnih modifikacija na kojima će ovisiti stupanj zbijenosti kromatina i ekspresija povezane DNA..

Skup kovalentnih modifikacija, u smislu tipa i broja, između ostalog, zajednički je poznat kao histonski kod. Ove modifikacije uključuju fosforilaciju, metilaciju, acetilaciju, ubikvitinaciju i sumoilaciju ostataka arginina i lizina na N terminima histona.

Svaka promjena, u sprezi s drugima unutar iste molekule ili u ostacima drugih histona, posebno histona H3, odredit će ekspresiju ili ne pridružene DNA, kao i stupanj zbijenosti kromatina.

Kao opće pravilo, uočeno je, na primjer, da hipermetilirani i hipoacetilirani histoni određuju da pridružena DNA nije eksprimirana i da je ovaj kromatin prisutan u kompaktnijem stanju (heterochromatic, i stoga, neaktivan).

Nasuprot tome, eukromatska DNA (manje kompaktna i genetski aktivna) povezana je s kromatinom čiji su histoni hiperacetilirani i hipometilirani.

Echromatin vs. heterochromatin

Već smo vidjeli da status kovalentne modifikacije histona može odrediti stupanj ekspresije i zbijanje lokalnog kromatina. Na globalnoj razini, komprimiranje kromatina također se regulira kovalentnim modifikacijama histona u nukleosomima.

Pokazalo se, na primjer, da se konstitutivni heterohromatin (koji se nikad ne eksprimira i da je gusto pakiran) nalazi u blizini nuklearnog lista, ostavljajući nuklearne pore slobodne.

S druge strane, konstitutivni eukromatin (koji se uvijek izražava, kao onaj koji uključuje gene staničnog održavanja, a nalazi se u područjima labavog kromatina), čini to u velikim petljama koje izlažu DNA koja se transkribira na strojeve za transkripciju..

Druga područja genomske DNA osciliraju između ova dva stanja ovisno o vremenu razvoja organizma, uvjetima rasta, identitetu stanica itd..

Ostale funkcije

Kako bi se uskladio s planom razvoja, ekspresije i održavanja stanica, genomi eukariotskih organizama moraju fino regulirati kada i kako se trebaju manifestirati njihovi genetski potencijali..

Polazeći od informacija pohranjenih u njihovim genima, one se nalaze u jezgri u određenim regijama koje određuju njihovo transkripcijsko stanje.

Možemo, dakle, reći da je još jedna od temeljnih uloga nukleosoma, kroz promjene kromatina koje pomažu u definiranju, organizacija ili arhitektura jezgre koja ih ugošćuje..

Ova arhitektura je naslijeđena i filogenetski očuvana zahvaljujući postojanju tih modularnih elemenata informacijskog pakiranja.

reference

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molekularna biologija stanice (6)th Izdanje). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Brooker, R.J. (2017). Genetika: analiza i načela. McGraw-Hill Visoko obrazovanje, New York, NY, USA.
  3. Cosgrove, M.S., Boeke, J.D., Wolberger, C. (2004). Regulirana pokretljivost nukleosoma i histonski kod. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetika. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  5. Griffiths, A. J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Uvod u genetsku analizu (11th ed.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, SAD.