Funkcije, sestava in struktura nukleozomov



The nukleosom je osnovna enota pakiranja DNA v evkariontskih organizmih. To je torej najmanjši element kompresije kromatina.

Nukleozom je konstruiran kot oktamer beljakovin, imenovanih histoni, ali bobnasto strukturo, na kateri se rani približno 140 nt DNA, kar daje skoraj dva popolna obrata..

Poleg tega se šteje, da je dodatnih 40-80 nt DNK del nukleosoma in da je frakcija DNK tista, ki omogoča fizično kontinuiteto med nukleosomom in drugim v bolj kompleksnih strukturah kromatina (kot je 30 nm vlaken kromatina)..

Histonska koda je bila ena izmed prvih epigenetskih kontrolnih elementov, ki so najbolje razumeli molekularno.

Indeks

  • 1 Funkcije
  • 2 Sestava in struktura
  • 3 Kompaktiranje kromatina
  • 4 Koda histonov in genske ekspresije
  • 5 Euchromatin vs heterochromatin
  • 6 Druge funkcije
  • 7 Reference

Funkcije

Nukleozomi omogočajo:

  • Pakiranje DNK, da se ji omogoči prostor v omejenem prostoru jedra.
  • Določite porazdelitev med kromatinom, ki je izražen (euchromatin), in tihim kromatinom (heterochromatin).
  • Vse kromatine organizirajte tako prostorsko kot funkcionalno v jedru.
  • Predstavljajo substrat kovalentnih modifikacij, ki določajo izražanje in raven izražanja genov, ki kodirajo proteine, s tako imenovano histonsko kodo.

Sestava in struktura

V najosnovnejšem smislu so nukleosomi sestavljeni iz DNA in proteinov. DNA je lahko praktično vsaka dvopasovna DNK, ki je prisotna v jedru evkariontske celice, medtem ko nukleosomski proteini spadajo v skupino proteinov, imenovanih histoni..

Histoni so beljakovine majhne velikosti in z visoko obremenitvijo osnovnih aminokislinskih ostankov; to omogoča preprečevanje visokega negativnega naboja DNK in vzpostavitev učinkovite fizične interakcije med dvema molekulama, ne da bi dosegli togost kovalentne kemične vezi..

Histoni tvorijo oktamer kot boben z dvema kopijama ali monomeri vsakega izmed histonov H2A, H2B, H3 in H4. DNA ustvari skoraj dva popolna zavoja na straneh oktamera in nato nadaljuje z delom DNA linkerja, ki se povezuje s histonom H1, da se vrne v dve polni obrati v drugem histonskem oktameru.

Set oktamera, sorodna DNA in ustrezni DNA povezovalec je nukleosom.

Kompaktiranje kromatina

Genomsko DNA sestavljajo izredno dolge molekule (več kot en meter v primeru človeka, ob upoštevanju vseh njenih kromosomov), ki jih je treba kompaktirati in organizirati v zelo majhnem jedru..

Prvi korak tega kompaktiranja se izvede z tvorbo nukleosomov. Samo s tem korakom se DNA stisne približno 75-krat.

To povzroča linearno vlakno, iz katerega se gradijo naslednje ravni kompaktiranja kromatina: 30 nm vlakna, zanke in zanke za zanke.

Če se celica deli z mitozo ali mejozo, je končna stopnja zbijanja sama mitotični ali meiotični kromosom, oziroma.

Histonska koda in genska ekspresija

Dejstvo, da histonski oktameri in DNA interakcijo elektrostatično delno razložijo z njihovo učinkovito povezavo, ne da bi izgubili fluidnost, potrebno za izdelavo dinamičnih elementov nukleosomov kompaktiranja in dekompakcije kromatina.

Obstaja pa še bolj presenetljiv element interakcije: N-terminalni konci histonov so izpostavljeni zunaj notranjosti oktamera, bolj kompaktni in inertni..

Ti ekstremi ne le fizično medsebojno delujejo z DNK, temveč so tudi podvrženi seriji kovalentnih modifikacij, od katerih bo odvisna stopnja zbijanja kromatina in izražanje povezane DNA..

Skupina kovalentnih modifikacij, glede na tip in število, je med drugim skupaj znana kot histonska koda. Te modifikacije vključujejo fosforilacijo, metilacijo, acetilacijo, ubikvitinacijo in sumoilacijo argininskih in lizinskih ostankov na N koncih histonov.

Vsaka sprememba, v povezavi z drugimi znotraj iste molekule ali v ostankih drugih histonov, zlasti histonov H3, bo določila izražanje ali ne pripadajoče DNA, kakor tudi stopnjo kompakcije kromatina..

Kot splošno pravilo je bilo, na primer, razvidno, da hipermetilirani in hipoacetilirani histoni določajo, da povezana DNA ni izražena in da je ta kromatin prisoten v bolj kompaktnem stanju (heterokromatični in zato neaktivni)..

Nasprotno je evkromatska DNA (manj kompaktna in genetsko aktivna) povezana s kromatinom, katerega histoni so hiperacetilirani in hipometilirani.

Echromatin vs. heterochromatin

Videli smo že, da lahko status kovalentne modifikacije histonov določi stopnjo ekspresije in zbijanje lokalne kromatina. Na svetovni ravni se kompaktiranje kromatina uravnava tudi s kovalentnimi modifikacijami histonov v nukleosomih.

Pokazalo se je na primer, da se sestavni heterochromatin (ki ni nikoli eksprimiran in je gosto zapakiran) nahaja v bližini jedrskega lista, pri čemer jedrske pore ostanejo proste..

Po drugi strani pa konstitutivni eukromatin (ki je vedno izražen kot tisti, ki vključuje gene celičnega vzdrževanja in se nahaja v regijah ohlapne kromatine), to počne v velikih zankah, ki izpostavljajo DNA, ki jo je treba prepisati v stroj za transkripcijo.

Druge regije genomske DNA nihajo med tema dvema stanjima, odvisno od časa razvoja organizma, pogojev rasti, identitete celic itd..

Druge funkcije

Da bi izpolnili svoj načrt razvoja, izražanja in vzdrževanja celic, morajo genomi evkariontskih organizmov fino urediti, kdaj in kako naj se manifestirajo njihovi genski potenciali.

Izhajajoč iz informacij, shranjenih v njihovih genih, se nahajajo v jedru v določenih regijah, ki določajo njihovo transkripcijsko stanje.

Zato lahko rečemo, da je druga temeljna vloga nukleosomov, s pomočjo sprememb kromatina, ki pomaga definirati, organizacija ali arhitektura jedra, ki jih gosti..

Ta arhitektura je podedovana in filogenetsko ohranjena zaradi obstoja teh modularnih elementov informacijske embalaže.

Reference

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molekularna biologija celice (6)th Edition). W. W. Norton & Company, New York, NY, ZDA.
  2. Brooker, R. J. (2017). Genetika: analiza in načela. McGraw-Hill visokošolsko izobraževanje, New York, NY, ZDA.
  3. Cosgrove, M.S., Boeke, J.D., Wolberger, C. (2004). Regulirana nukleosomska mobilnost in histonska koda. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetika. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, ZDA.
  5. Griffiths, A. J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Uvod v genetsko analizo (11th ed.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, ZDA.