ГЕТЕРОХРОМАТИН: БУДОВА ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Гетерохроматину є частиною хроматину (ДНК і гістонових білків) щільно упакованих еукаріотичних хромосом. Зазвичай він асоціюється з "тихими" областями геному, тобто з тими, що транскрипційно неактивні.

У 1928 році Хайц вперше виділив два різні типи хроматину на еукаріотичних хромосомах під час інтерфази, описуючи еухроматин та гетерохроматин на основі їх диференціального ущільнення.

Організація хроматину в ядрі (Джерело: Ша, К. і Бойєр, Л. А. Підпис хроматину плюрипотентних клітин (31 травня 2009 р.), StemBook, під ред. Спільноти досліджень стовбурових клітин, StemBook, doi / 10.3824 / стовбук. 1.45.1, http://www.stembook.org. Через Wikimedia Commons)

Якщо еукаріотичні хромосоми фарбують за допомогою різних методик, специфічних для ДНК, мікроскопічні спостереження виявляють, що є ділянки цих структур, які фарбуються більш інтенсивно, ніж інші. Ці регіони відповідають гіперкомпактним областям гетрохроматину.

Гетерохроматизація ДНК, тобто її упаковки, може відбуватися в клітині у відповідь на різні фактори і може бути факультативною або складовою.

Конститутивний гетерохроматин є постійною ознакою, яка, як правило, успадковується, тоді як факультативний гетерохроматин може або не може знаходитися на хромосомі в будь-який момент часу. Найкращим прикладом конститутивного гетерохроматину є одна з двох Х-хромосом у жінок.

У еукаріотів гетерохроматин «зберігає» і «ущільнює» великі геноми, які характеризують їх, особливо ті регіони, які складаються з повторюваних послідовностей, що залишилися фракцій вторгнення в ретро транспозони, перемінні елементи, серед інших.

Будова

Гетерохроматин не має зовсім іншої структури, ніж менш щільно упакований хроматин, еухроматин.

Розуміючи це, важливо пам’ятати, що еукаріотичні хромосоми складаються з молекули ДНК, яка асоціюється з білками, званими гістонами. Вісім гістонів утворюють восьмеричне ядро, відоме як "нуклеосома", навколо якого загортається ДНК.

Асоціація ДНК з білками гістону відбувається завдяки електростатичній взаємодії між позитивними зарядами основних залишків цих білків і негативними зарядами фосфатних груп структури нитки ДНК.

Нуклеосома (Джерело: Nucleosome_structure.png: Похідна робота Річарда Уілера (Zephyris) (Нуклеосома-2.png): Рекіманто через Wikimedia Commons)

- Октамер гістонів

Кожен октамер гістонів складається з тетрамера гістонів H3 і H4 і двох димерів гістонів H2A і H2B; Близько 146 пар основ ДНК розміщені навколо кожного ядра гістонів.

Нуклеосоми «зближуються» одна з одною завдяки участі іншого гістону, відомого як гістон з'єднання або моста (англ. Линкер), що є гістоном Н1.

Потім хроматин складається з послідовних нуклеосом, які ущільнюються і утворюють волокнисту структуру більшої товщини, але меншої довжини.

Кожен білок гістону характеризується наявністю «хвоста» амінокислоти, яка може зазнати ковалентних ферментативних модифікацій. Було встановлено, що ці модифікації впливають на ступінь експресії або замовчування генів, пов'язаних з нуклеосомами, а також на рівень ущільнення хроматину.

Зокрема, гетерохроматин характеризується гіпоацетиляцією гістонів у всіх еукаріотів та метилюванням гістону Н3 у залишку лізину 9 лише для «вищих» еукаріотів.

Ферменти, відповідальні за проведення цих модифікацій, відомі, відповідно, як гістонові деацетилази та гістон-метилтрансферази.

Крім модифікацій в гістонах, ДНК також може бути метильована, що впливає на ступінь ущільнення хроматину і відповідає другому з двох епігенетичних механізмів організації генома еукаріотів.

Де знаходиться гетерохроматин?

Гетерохроматин, як обговорювалося на початку, може бути конститутивним або факультативним.

Конститутивний гетерохроматин особливо багатий в геномних областях, які мають високу щільність повторюваних послідовностей (наприклад, супутникових елементів, наприклад), де в центромерних областях і в теломерах є рясні заглушені переносимі елементи.

Кажуть, що вони є конститутивними, оскільки ці ділянки геному залишаються ущільненими або компактними під час ділення клітин. Однак у клітині, що не ділиться, більша частина ДНК є евхроматичною і є лише кілька чітко визначених областей конститутивного гетерохроматину.

Факультативний гетерохроматин - це той, що знаходиться в локусах, які регулюються на різних стадіях розвитку; тому він фактично являє собою "тимчасово конденсовані" регіони, які можуть змінюватися відповідно до клітинних сигналів та генетичної активності.

Особливості

Оскільки гетерохроматин є важливою частиною теломерної та центромерної областей, він виконує трансцендентальні функції з точки зору поділу клітин та захисту хромосомних кінців.

Центромери активно функціонують під час поділу клітин, дозволяючи дублюючим хромосомам рухатися до обох полюсів ділильної клітини, а решта генів залишаються неактивними та компактними.

Ущільнення конкретних областей еукаріотичних хромосом є синонімом генетичного замовчування, оскільки той факт, що гетерохроматин є щільно упакованим, передбачає недоступність механізму транскрипції до основних генологічних послідовностей.

Що стосується рекомбінації, гетерохроматин пригнічує цей процес, захищаючи цілісність геному, забороняючи "нелегітимну" рекомбінацію між повторюваними послідовностями ДНК, розсіяними по геному. Це особливо важливо для контролю над "паразитичними" транспозиційними елементами, які замовчуються гетерохроматизацією.

Структурні функції

Ще кілька років тому вважалося, що гетерохроматична ДНК є своєрідною «сміттєвою ДНК», оскільки вчені не знайшли конкретної функції для послідовностей, включених у ці регіони; Згадаймо, що понад 80% геномної ДНК людини, наприклад, не кодує клітинні білки або молекули РНК з регуляторними функціями.

Однак зараз відомо, що формування факультативно гетерохроматичної ДНК має надзвичайно важливе значення для регуляції багатьох процесів під час розвитку та росту живих істот, і що складові гетерохроматинові регіони відіграють фундаментальну роль з точки зору з структурної точки зору.

Багато авторів вважають, що гетерохроматин може мати структурні функції на еукаріотичних хромосомах. Ця заява заснована на тому, що гетерохроматичні ділянки на даній хромосомі мають окремі її ділянки, які мають різні закономірності генетичної "активності".

Іншими словами, гетерохроматичні області служать "прокладками" між різними транскрипційно активними областями, що може мати велике значення з точки зору транскрипції генів, розташованих там.

Список літератури

1. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Вступ до генетичного аналізу. Макміллан.
2. Браун, ШВ (1966). Гетерохроматин. Наук, 151 (3709), 417-425.
3. Elgin, SC, & Grewal, SI (2003). Гетерохроматин: тиша золота. Поточна біологія, 13 (23), R895-R898.
4. Grewal, SI, & Jia, S. (2007). Гетерохроматин переглянуто. Природа Огляди Генетика, 8 (1), 35.
5. Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Гетерохроматин та епігенетичний контроль експресії генів. науки, 301 (5634), 798–802.
6. Hennig, W. (1999). Гетерохроматин. Хромосома, 108 (1), 1-9.