Nukleosoomi funktsioonid, koostis ja struktuur



The nukleosoom see on DNA pakendi põhiühik eukarüootsetes organismides. Seetõttu on see väikseim kromatiini kompressioonielement.

Nukleosoom on konstrueeritud histoonide nimega oktameerina või trumli kujuga struktuurina, millele on keritud umbes 140 ng DNA-d, andes peaaegu kaks täielikku pöördet.

Lisaks leitakse, et täiendav 40-80 ng DNA on osa nukleosoomist ja see on DNA fraktsioon, mis võimaldab füüsikalist järjepidevust ühe nukleosoomi ja teise vahel keerukamates kromatiini struktuurides (nagu 30 nm kromatiinkiud).

Histooni kood oli üks esimesi epigeneetilisi kontrollelemente, mida kõige paremini molekulaarselt mõisteti.

Indeks

  • 1 Funktsioonid
  • 2 Koostis ja struktuur
  • 3 Kromatiini tihendamine
  • 4 Histoonide kood ja geeniekspressioon
  • 5 Euchromatin vs. heterokromatiin
  • 6 Muud funktsioonid
  • 7 Viited

Funktsioonid

Nukleosoomid võimaldavad:

  • DNA pakkimine, et tuua ruumi tuuma piiratud ruumis.
  • Määrake ekspresseeritava kromatiini (euchromatiin) ja vaikiva kromatiini (heterokromatiin) vaheline partitsioon.
  • Korraldage kõik kromatiinid nii ruumiliselt kui ka funktsionaalselt tuumas.
  • Nad esindavad kovalentsete modifikatsioonide substraati, mis määravad valkude ekspressiooni ja ekspressioonitaseme nn histooni koodi kaudu.

Koosseis ja struktuur

Oma kõige elementaarsemas mõttes koosneb nukleosoomidest DNA ja valgud. DNA võib olla praktiliselt mistahes kaheahelaline DNA, mis esineb eukarüootse raku tuumas, samas kui nukleosomaalsed valgud kuuluvad kõikidesse valkudesse, mida nimetatakse histoonideks..

Histoonid on väikese suurusega ja aluseliste aminohappejääkide suure koormusega valgud; see võimaldab võidelda DNA kõrge negatiivse laenguga ja luua efektiivse füüsilise interaktsiooni kahe molekuli vahel, saavutamata kovalentse keemilise sideme jäikust.

Histoonid moodustavad trummina oktameeri, milles on kaks histooni H2A, H2B, H3 ja H4 koopiat või monomeeri. DNA annab oktameeri külgedel peaaegu kaks täielikku pööret ja seejärel jätkub DNA-linkeri fraktsiooniga, mis seostub histooniga H1, et saada tagasi teine ​​täispöördumine teises histooni oktameeris..

Oktameerikomplekt, seotud DNA ja selle vastav DNA linker on nukleosoom.

Kromatiini tihendamine

Genoomne DNA koosneb äärmiselt pikkadest molekulidest (inimene on rohkem kui üks meeter, arvestades kõiki selle kromosoome), mis tuleb tihendada ja korraldada äärmiselt väikese tuuma sees..

Selle tihendamise esimene etapp viiakse läbi nukleosoomide moodustumise kaudu. Ainult selle etapiga tihendatakse DNA umbes 75 korda.

Sellest tuleneb lineaarne kiud, millest saadakse järgnevad kromatiini tihendamise tasemed: 30 nm kiud, silmused ja silmusahelad.

Kui rakk jaguneb kas mitoosi või meioosi kaudu, on lõplik tihendusaste vastavalt mitootiline või meiootiline kromosoom ise..

Histooni kood ja geeniekspressioon

Asjaolu, et histooni oktameerid ja DNA interakteeruvad elektrostaatiliselt, osaliselt selgitavad nende efektiivset seost, kaotamata voolavust, mis on vajalik kromatiini tihendamise ja lagunemise dünaamiliste elementide valmistamiseks..

Kuid on veel üllatavam interaktsioonielement: histoonide N-terminaalsed otsad eksponeeritakse väljaspool oktameeri sisemust, kompaktsem ja inertsem.

Need äärmused ei toimu mitte ainult füüsiliselt DNA-ga, vaid läbivad ka mitmeid kovalentseid modifikatsioone, mille juures sõltub kromatiini tihendamise aste ja seotud DNA ekspressioon..

Kovalentsete modifikatsioonide kogum, mis on muu hulgas tüübi ja numbri poolest, on ühiselt tuntud kui histooni kood. Nende modifikatsioonide hulka kuuluvad arginiini ja lüsiini jääkide fosforüülimine, metüülimine, atsetüülimine, ubikvitineerimine ja sumoüülimine histoonide N-otstes.

Iga muutus koos teiste sama molekuli või teiste histoonide jääkidega, eriti histoonide H3 jääkidega, määrab seotud DNA ekspressiooni või mitte, samuti kromatiini tihendamise määra..

Üldreeglina on näha, et näiteks hüpermetüülitud ja hüpoatsetüülitud histoonid määravad, et seonduvat DNA-d ei ekspresseerita ja et see kromatiin on kompaktsemas olekus (heterokromaatiline ja seega mitteaktiivne)..

Seevastu on euchromaatiline DNA (vähem kompaktne ja geneetiliselt aktiivne) seotud kromatiiniga, mille histoonid on hüperatsetüülitud ja hüpometüleeritud.

Echromatin vs. heterochromatin

Oleme juba näinud, et histoonide kovalentse modifitseerimise staatus võib määrata kohaliku kromatiini ekspressiooni ja tihendamise taseme. Globaalsel tasandil reguleeritakse kromatiini tihendamist ka histoonide kovalentsete modifikatsioonidega nukleosoomides.

Näiteks on näidatud, et konstitutiivne heterokromatiin (mis kunagi ei ekspresseeru ja on tihedalt pakitud) kaldub paiknema tuumamaterjali kõrval, jättes tuuma poorid vabaks.

Teisest küljest teeb konstitutiivne euchromatiin (mida alati väljendatakse rakulise hoolduse geene sisaldava ja lahtise kromatiini piirkondades paikneva), suurte silmustega, mis paljastavad transkriptsioonimasinale transkribeeritava DNA..

Teised genoomse DNA piirkonnad ostsilleeruvad nende kahe riigi vahel, sõltuvalt organismi arengu ajast, kasvutingimustest, rakkude identsusest jne..

Muud funktsioonid

Selleks, et täita oma rakkude arengu, ekspressiooni ja säilitamise plaani, peavad eukarüootsete organismide genoomid peenelt reguleerima, millal ja kuidas peaks nende geneetiline potentsiaal avalduma.

Alustades nende geenides talletatud informatsioonist, paiknevad nad teatud piirkondade tuumas, mis määravad nende transkriptsioonilise oleku.

Seega võime öelda, et teine ​​nukleosoomide põhiroll kromatiini muutuste kaudu, mis aitab määratleda, on nende tuumade organisatsioon või arhitektuur, mis neid majutab..

See arhitektuur on päritud ja seda on säilitatud tänu informatiivse pakendi moodulelementide olemasolule.

Viited

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) raku molekulaarbioloogia (6).th Väljaanne). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Brooker, R. J. (2017). Geneetika: analüüs ja põhimõtted. McGraw-Hilli kõrgharidus, New York, NY, USA.
  3. Cosgrove, M. S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Reguleeritud nukleosoomide liikuvus ja histooni kood. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Geneetilise analüüsi tutvustus (11. \ Tth ed.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, USA.