Гетерохроматина представляет собой часть хроматина (ДНК и гистоновых белков) плотно упакованных эукариотических хромосом. Обычно это связано с «молчащими» участками генома, то есть с теми, которые транскрипционно неактивны.
Хейтц в 1928 г. был первым, кто различил два разных типа хроматина на эукариотических хромосомах во время интерфазы, описывая эухроматин и гетерохроматин на основе их дифференциального уплотнения.
Организация хроматина в ядре (Источник: Sha, K. и Boyer, LA. Сигнатура хроматина плюрипотентных клеток (31 мая 2009 г.), StemBook, ed. The Stem Cell Research Community, StemBook, doi / 10.3824 / stembook. 1.45.1, http://www.stembook.org. Через Wikimedia Commons)
Если эукариотические хромосомы окрашиваются различными методами, специфичными для ДНК, микроскопические наблюдения показывают, что есть участки этих структур, которые окрашиваются более интенсивно, чем другие. Эти участки соответствуют гиперкомпактным участкам гетрохроматина.
Гетерохроматинизация ДНК, то есть ее упаковка, может происходить в клетке в ответ на различные факторы и может быть факультативной или конститутивной.
Конститутивный гетерохроматин - это постоянный признак, который обычно передается по наследству, тогда как факультативный гетерохроматин может находиться или не находиться на хромосоме в любой момент времени. Лучшим примером конститутивного гетерохроматина является гетерохроматин одной из двух Х-хромосом у женщин.
У эукариот гетерохроматин «хранит» и «уплотняет» большие геномы, которые их характеризуют, особенно те области, которые состоят из повторяющихся последовательностей, оставшихся фракций вторгающихся ретротранспозонов, мобильных элементов, среди прочего.
Структура
Гетерохроматин не имеет сильно отличающейся структуры от менее плотно упакованного хроматина, эухроматина.
Понимая это, важно помнить, что хромосомы эукариот состоят из молекулы ДНК, которая связана с белками, называемыми гистонами. Восемь гистонов образуют октамерное ядро, известное как «нуклеосома», вокруг которого обвивается ДНК.
Ассоциация ДНК с гистоновыми белками происходит благодаря электростатическим взаимодействиям между положительными зарядами основных остатков этих белков и отрицательными зарядами фосфатных групп в структуре цепи ДНК.
Нуклеосома (Источник: Nucleosome_structure.png: Ричард Уиллер (Zephyris), производная работа (Nucleosome-2.png): Рекиманто через Wikimedia Commons)
- Октамер гистонов
Каждый октамер гистонов состоит из тетрамера гистонов H3 и H4 и двух димеров гистонов H2A и H2B; Около 146 пар оснований ДНК размещены вокруг каждого ядра гистонов.
Нуклеосомы «становятся ближе» друг к другу благодаря участию другого гистона, известного как гистон объединения или моста (линкер, на английском языке), которым является гистон H1.
Затем хроматин состоит из последовательных нуклеосом, которые уплотняются, образуя волокнистую структуру большей толщины, но меньшей длины.
Каждый гистоновый белок характеризуется наличием аминокислотного «хвоста», который может подвергаться ковалентным ферментативным модификациям. Было обнаружено, что эти модификации влияют на степень экспрессии или молчания генов, связанных с нуклеосомами, а также на уровень уплотнения хроматина.
В частности, гетерохроматин характеризуется гипоацетилированием гистонов у всех эукариот и метилированием гистона H3 по остатку лизина 9 только для «высших» эукариот.
Ферменты, ответственные за выполнение этих модификаций, известны, соответственно, как гистоновые деацетилазы и гистон-метилтрансферазы.
Помимо модификаций гистонов, ДНК также может быть метилирована, что влияет на степень уплотнения хроматина и соответствует второму из двух эпигенетических механизмов организации эукариотического генома.
Где находится гетерохроматин?
Гетерохроматин, как обсуждалось в начале, может быть конститутивным или факультативным.
Конститутивный гетерохроматин особенно распространен в областях генома, которые имеют высокую плотность повторяющихся последовательностей (таких как, например, сателлитные элементы), где имеется множество заглушенных мобильных элементов, в центромерных областях и теломерах.
Он считается конститутивным, потому что эти области генома остаются конденсированными или компактными во время деления клеток. С другой стороны, в неделящейся клетке большая часть ДНК эухроматична, и имеется только несколько четко определенных областей конститутивного гетерохроматина.
Факультативный гетерохроматин обнаруживается в локусах, которые регулируются на разных стадиях развития; поэтому он фактически представляет собой «временно конденсированные» области, которые могут изменяться в соответствии с клеточными сигналами и генетической активностью.
Характеристики
Поскольку гетерохроматин является важной частью теломерных и центромерных областей, он выполняет трансцендентные функции с точки зрения деления клеток и защиты концов хромосом.
Центромеры активно функционируют во время деления клеток, позволяя дублированным хромосомам перемещаться к обоим полюсам делящейся клетки, в то время как остальные гены остаются неактивными и компактными.
Компакция определенных областей эукариотических хромосом является синонимом генетического молчания, поскольку тот факт, что гетерохроматин плотно упакован, подразумевает недоступность транскрипционного аппарата для лежащих в основе последовательностей генов.
Что касается рекомбинации, гетерохроматин подавляет этот процесс, защищая целостность генома, запрещая «незаконную» рекомбинацию между повторяющимися последовательностями ДНК, разбросанными по геному. Это особенно важно для контроля над «паразитическими» мобильными элементами, которые подавляются гетерохроматинизацией.
Структурные функции
Еще несколько лет назад считалось, что гетерохроматическая ДНК является своего рода «мусорной ДНК», поскольку ученые не обнаружили специфической функции последовательностей, включенных в эти области; Напомним, что более 80% геномной ДНК человека, например, не кодирует клеточные белки или молекулы РНК с регуляторными функциями.
Однако теперь известно, что образование факультативной гетерохроматиновой ДНК имеет первостепенное значение для регуляции многих процессов во время развития и роста живых существ, и что конститутивные области гетерохроматина играют фундаментальную роль с точки зрения со структурной точки зрения.
Многие авторы предположили, что гетерохроматин может иметь структурные функции на эукариотических хромосомах. Это утверждение основано на том факте, что гетерохроматиновые области данной хромосомы разделяют ее части, которые имеют разные паттерны генетической «активности».
Другими словами, гетерохроматиновые области служат «спейсерами» между различными транскрипционно активными областями, что может иметь большое значение с точки зрения транскрипции расположенных там генов.
Ссылки
- Гриффитс, А.Дж., Весслер, С.Р., Левонтин, Р.С., Гелбарт, В.М., Сузуки, Д.Т., и Миллер, Дж. Введение в генетический анализ. Macmillan.
- Браун, SW (1966). Гетерохроматина. Наука, 151 (3709), 417-425.
- Элгин, С.К., и Гревал, С.И. (2003). Гетерохроматин: тишина золотая. Текущая биология, 13 (23), R895-R898.
- Гревал, С.И., и Цзя, С. (2007). Возвращение к гетерохроматину. Nature Reviews Genetics, 8 (1), 35.
- Гревал, С.И., и Моазед, Д. (2003). Гетерохроматин и эпигенетический контроль экспрессии генов. наука, 301 (5634), 798-802.
- Хенниг, В. (1999). Гетерохроматина. Хромосома, 108 (1), 1-9.