Нуклеосомные функции, состав и структура



нуклеосома это основная единица упаковки ДНК у эукариотических организмов. Следовательно, это самый маленький элемент сжатия хроматина.

Нуклеосома построена в виде октамера белков, называемых гистонами, или барабанной структуры, на которую намотано около 140 нт ДНК, что дает почти два полных оборота..

Кроме того, считается, что дополнительные 40-80 нт ДНК являются частью нуклеосомы, и именно эта фракция ДНК обеспечивает физическую непрерывность между одной нуклеосомой и другой в более сложных структурах хроматина (таких как волокно хроматина 30 нм).

Гистоновый код был одним из первых эпигенетических элементов управления, лучше всего понимаемых молекулярно.

индекс

  • 1 Функции
  • 2 Состав и структура
  • 3 Уплотнение хроматина
  • 4 Код гистонов и экспрессия генов
  • 5 Эухроматин против гетерохроматина
  • 6 Другие функции
  • 7 ссылок

функции

Нуклеосомы позволяют:

  • Упаковка ДНК, чтобы освободить место для нее в ограниченном пространстве ядра.
  • Определить распределение между экспрессируемым хроматином (эухроматином) и немым хроматином (гетерохроматином).
  • Организовать весь хроматин как пространственно, так и функционально в ядре.
  • Они представляют собой субстрат ковалентных модификаций, которые определяют экспрессию и уровень экспрессии генов, которые кодируют белки посредством так называемого гистонового кода..

Состав и структура

В самом основном смысле нуклеосомы состоят из ДНК и белков. ДНК может быть фактически любой двухполосной ДНК, присутствующей в ядре эукариотической клетки, в то время как нуклеосомные белки, все, принадлежат к набору белков, называемых гистонами..

Гистоны представляют собой белки небольшого размера и с высокой нагрузкой основных аминокислотных остатков; это позволяет нейтрализовать высокий отрицательный заряд ДНК и установить эффективное физическое взаимодействие между двумя молекулами без достижения жесткости ковалентной химической связи..

Гистоны образуют октамер в виде барабана с двумя копиями или мономерами каждого из гистонов H2A, H2B, H3 и H4. ДНК совершает почти два полных поворота по бокам октамера, а затем продолжает фракцию линкера ДНК, который связывается с гистоном H1, чтобы вернуться, чтобы дать два полных оборота в другом октамере гистона.

Набор октамеров, ассоциированная ДНК и соответствующий ей линкер ДНК, является нуклеосомой..

Уплотнение хроматина

Геномная ДНК состоит из чрезвычайно длинных молекул (более одного метра в случае человека с учетом всех его хромосом), которые должны быть уплотнены и организованы в очень маленькое ядро.

Первый шаг этого уплотнения осуществляется путем образования нуклеосом. Только на этом этапе ДНК уплотняется примерно в 75 раз.

Это дает начало линейному волокну, из которого строятся последующие уровни уплотнения хроматина: волокно 30 нм, петли и петли петли.

Когда клетка делится либо по митозу, либо по мейозу, предельная степень уплотнения - это сама митотическая или мейотическая хромосома, соответственно.

Гистоновый код и экспрессия генов

Тот факт, что октамеры гистонов и ДНК взаимодействуют электростатически, частично объясняет их эффективную ассоциацию без потери текучести, необходимой для превращения нуклеосом в динамические элементы уплотнения и разложения хроматина..

Но есть еще более удивительный элемент взаимодействия: N-концевые концы гистонов обнажены снаружи октамера, более компактны и инертны.

Эти крайности не только физически взаимодействуют с ДНК, но также претерпевают ряд ковалентных модификаций, от которых будет зависеть степень уплотнения хроматина и экспрессия ассоциированной ДНК..

Набор ковалентных модификаций, с точки зрения типа и числа, помимо всего прочего, известен как гистоновый код. Эти модификации включают фосфорилирование, метилирование, ацетилирование, убиквитинирование и сумоилирование остатков аргинина и лизина на N-концах гистонов..

Каждое изменение в сочетании с другими в той же молекуле или в остатках других гистонов, в частности гистонов H3, будет определять экспрессию или нет связанной с ней ДНК, а также степень уплотнения хроматина.

Как общее правило, было видно, например, что гиперметилированные и гипоацетилированные гистоны определяют, что ассоциированная ДНК не экспрессируется и что этот хроматин присутствует в более компактном состоянии (гетерохроматическом и, следовательно, неактивном).

Напротив, эухроматическая ДНК (менее компактная и генетически активная) связана с хроматином, гистоны которого гиперацетилированы и гипометилированы.

Эхроматин против гетерохроматина

Мы уже видели, что статус ковалентной модификации гистонов может определять степень экспрессии и уплотнения локального хроматина. На глобальном уровне уплотнение хроматина также регулируется ковалентными модификациями гистонов в нуклеосомах..

Например, было показано, что конститутивный гетерохроматин (который никогда не экспрессируется и плотно упакован) имеет тенденцию располагаться рядом с ядерным слоем, оставляя ядерные поры свободными..

С другой стороны, конститутивный эухроматин (который всегда экспрессируется, как тот, который включает гены клеточного содержания и расположен в областях свободного хроматина), делает это в больших петлях, которые подвергают транскрипции ДНК на механизм транскрипции..

Другие области геномной ДНК колеблются между этими двумя состояниями в зависимости от времени развития организма, условий роста, идентичности клеток и т. Д..

Другие функции

Чтобы соответствовать плану развития, экспрессии и поддержания клеток, геномы эукариотических организмов должны точно регулировать, когда и как должны проявляться их генетические возможности..

Начиная с информации, хранящейся в их генах, они расположены в ядре в определенных областях, которые определяют их состояние транскрипции.

Таким образом, мы можем сказать, что еще одна фундаментальная роль нуклеосом, благодаря изменениям хроматина, которая помогает определить, - это организация или архитектура ядра, в котором они находятся..

Эта архитектура наследуется и филогенетически сохраняется благодаря существованию этих модульных элементов информационной упаковки..

ссылки

  1. Альбертс Б., Джонсон А.Д., Льюис Дж., Морган Д., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2014) Молекулярная биология клетки (6)го Edition). W. W. Norton & Company, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США.
  2. Брукер Р.Дж. (2017). Генетика: анализ и принципы. McGraw-Hill Higher Education, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США.
  3. Cosgrove, M.S., Boeke, J.D., Wolberger, C. (2004). Регулируемая подвижность нуклеосом и гистоновый код. Структурная и молекулярная биология природы, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W. B. Saunders Co. Ltd, Пкиладелия, Пенсильвания, США.
  5. Griffiths A.J.F., Wessler R., Carroll S.B., Doebley J. (2015). Введение в генетический анализ (11го ред.). Нью-Йорк: У. Х. Фриман, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США.