Heterochromatin je část chromatinu (DNA a histonových proteinů) hustě eukaryontních chromozomů. Obvykle je spojován s „tichými“ oblastmi genomu, tj. S těmi, které jsou transkripčně neaktivní.
Heitz, v roce 1928, byl první, kdo rozlišil dva různé typy chromatinu na eukaryotických chromozomech během mezifáze, přičemž popsal euchromatin a heterochromatin na základě jejich rozdílného zhutnění.
Organizace chromatinu v jádru (Zdroj: Sha, K. a Boyer, LA Chromatinový podpis pluripotentních buněk (31. května 2009), StemBook, ed. Stem Cell Research Community, StemBook, doi / 10,3824 / kmenová kniha. 1.45.1, http://www.stembook.org. Via Wikimedia Commons)
Pokud jsou eukaryotické chromozomy obarveny různými technikami, specifickými pro DNA, mikroskopická pozorování odhalí, že existují oblasti těchto struktur, které se barví intenzivněji než jiné. Tyto oblasti odpovídají hyperkompaktním oblastem hetrochromatinu.
Heterochromatinizace DNA, tj. Její zabalení, může nastat v buňce v reakci na různé faktory a může být fakultativní nebo konstitutivní.
Konstitutivní heterochromatin je trvalý znak, který je obecně zděděn, zatímco fakultativní heterochromatin může nebo nemusí být na chromozomu v daném okamžiku. Nejlepší příklad konstitutivního heterochromatinu je příkladem jednoho ze dvou chromozomů X u žen.
V eukaryotech heterochromatin „ukládá“ a „zhutňuje“ velké genomy, které je charakterizují, zejména ty oblasti, které se skládají z opakujících se sekvencí, zbývajících frakcí invazivních retro transpozonů, transponovatelných prvků a dalších.
Struktura
Heterochromatin nemá velmi odlišnou strukturu než méně hustě zabalený chromatin, euchromatin.
Pochopení tohoto je důležité si uvědomit, že eukaryotické chromozomy jsou tvořeny molekulou DNA, která je spojena s proteiny zvanými histony. Osm histonů tvoří oktamerické jádro známé jako „nukleosom“, kolem kterého se DNA ovine.
K asociaci DNA s histonovými proteiny dochází díky elektrostatickým interakcím mezi kladnými náboji základních zbytků těchto proteinů a zápornými náboji fosfátových skupin struktury řetězce DNA.
Nukleozom (Zdroj: Nucleosome_structure.png: Derivační práce Richarda Wheelera (Zephyris) (Nucleosome-2.png): Rekymanto přes Wikimedia Commons)
- Oktamer pro histony
Každý oktamer histonů je složen z tetrameru histonů H3 a H4 a dvou dimerů histonů H2A a H2B; Asi 146 párů bází DNA je umístěno kolem každého jádra histonů.
Nukleosomy jsou „přiblíženy“ k sobě navzájem díky účasti dalšího histonu známého jako linkerový histon, kterým je histon H1.
Chromatin je potom složen z po sobě jdoucích nukleosomů, které jsou kompaktní a vytvářejí vláknitou strukturu větší tloušťky, ale menší délky.
Každý histonový protein je charakterizován přítomností aminokyselinového „ocasu“, který může podstoupit kovalentní enzymatické modifikace. Bylo zjištěno, že tyto modifikace ovlivňují stupeň exprese nebo umlčení genů asociovaných s nukleosomy, jakož i úroveň zhutnění chromatinu.
Konkrétně je heterochromatin charakterizován hypoacetylací histonů ve všech eukaryotech a methylací histonu H3 na zbytku lysinu 9, pouze pro „vyšší“ eukaryoty.
Enzymy odpovědné za provedení těchto modifikací jsou známy jako histon deacetylázy a histon methyltransferázy.
Kromě modifikací v histonech může být DNA také methylována, což ovlivňuje stupeň zhutnění chromatinu a odpovídá druhému ze dvou epigenetických mechanismů organizace eukaryotického genomu.
Kde je heterochromatin nalezen?
Heterochromatin, jak bylo uvedeno na začátku, může být konstitutivní nebo fakultativní.
Konstitutivní heterochromatin je zvláště hojný v genomických oblastech, které mají vysokou hustotu opakujících se sekvencí (jako jsou například satelitní prvky), kde jsou hojné umlčené transponovatelné prvky, v centromerických oblastech a v telomerách.
Říká se, že je konstitutivní, protože tyto oblasti genomu zůstávají během buněčného dělení kondenzované nebo kompaktní. Na druhé straně v nedělící se buňce je většina DNA euchromatická a existuje jen několik dobře definovaných oblastí konstitutivního heterochromatinu.
Fakultativní heterochromatin je ten, který se nachází v lokusech, které jsou regulovány během různých stádií vývoje; takže ve skutečnosti představuje „přechodně kondenzované“ oblasti, které se mohou měnit podle buněčných signálů a genetické aktivity.
Funkce
Protože heterochromatin je důležitou součástí telomerických a centromerických oblastí, vykonává transcendentální funkce z hlediska buněčného dělení a ochrany chromozomálních zakončení.
Centromery fungují aktivně během dělení buněk, což umožňuje duplikátním chromozomům pohybovat se směrem k oběma pólům dělící se buňky, zatímco zbývající geny zůstávají neaktivní a kompaktní.
Zhutnění specifických oblastí eukaryotických chromozomů je synonymem pro genetické umlčení, protože skutečnost, že heterochromatin je hustě zabalen, znamená nepřijatelnost transkripčního aparátu pro základní genové sekvence.
Pokud jde o rekombinaci, heterochromatin tento proces potlačuje a chrání integritu genomu tím, že zakazuje „nelegitimní“ rekombinaci mezi opakovanými sekvencemi DNA rozptýlenými po celém genomu. To je zvláště důležité pro kontrolu „parazitických“ transponovatelných prvků, které jsou umlčeny heterochromatinizací.
Strukturální funkce
Ještě před několika lety se předpokládalo, že heterochromatická DNA je druh „nezdravé DNA“, protože vědci nenašli specifickou funkci pro sekvence obsažené v těchto regionech; Připomeňme si, že například více než 80% genomické DNA člověka nekóduje buněčné proteiny nebo molekuly RNA s regulačními funkcemi.
Nyní je však známo, že tvorba fakultativní heterochromatické DNA je nanejvýš důležitá pro regulaci mnoha procesů během vývoje a růstu živých bytostí a že konstitutivní heterochromatinové regiony hrají zásadní roli z hlediska ze strukturálního hlediska.
Mnoho autorů navrhlo, že heterochromatin může mít strukturní funkce na eukaryotických chromozomech. Toto tvrzení je založeno na skutečnosti, že heterochromatické oblasti na dané chromozomové oddělené části, které mají různé vzorce genetické „aktivity“.
Jinými slovy, heterochromatické oblasti slouží jako "mezerníky" mezi různými transkripčně aktivními oblastmi, které mohou mít velký význam z hlediska transkripce tam umístěných genů.
Reference
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Úvod do genetické analýzy. Macmillan.
- Brown, SW (1966). Heterochromatin. Science, 151 (3709), 417-425.
- Elgin, SC, a Grewal, SI (2003). Heterochromatin: ticho je zlaté. Current Biology, 13 (23), R895-R898.
- Grewal, SI, a Jia, S. (2007). Heterochromatin se znovu objevil. Nature Reviews Genetics, 8 (1), 35.
- Grewal, SI, a Moazed, D. (2003). Heterochromatin a epigenetická kontrola genové exprese. Science, 301 (5634), 798-802.
- Hennig, W. (1999). Heterochromatin. Chromosoma, 108 (1), 1-9.