Nukleosomfunktioner, sammensætning og struktur



den nukleosom Det er den grundlæggende enhed af DNA-emballage i eukaryote organismer. Det er derfor det mindste chromatin komprimeringselement.

Nukleosomet er konstrueret som et oktam af proteiner kaldet histoner eller tromleformet struktur, hvorpå omkring 140 nt DNA såres, hvilket giver næsten to komplette omdrejninger.

Derudover anses det, at omkring 40-80 nt DNA supplerende del af nukleosom, og er den del af DNA, der tillader fysisk kontinuitet mellem en nukleosom og andre chromatin mere komplekse strukturer (såsom chromatin fiber 30 nm).

Histonkoden var et af de første epigenetiske kontrolelementer, der bedst forstod molekylært.

indeks

  • 1 funktioner
  • 2 Sammensætning og struktur
  • 3 Komprimering af chromatin
  • 4 Koden for histon og genekspression
  • 5 Euchromatin vs heterochromatin
  • 6 Andre funktioner
  • 7 referencer

funktioner

Nukleosomer tillader:

  • Pakningen af ​​DNA'et til at gøre plads til det i det begrænsede rum af kernen.
  • Bestem skillevæggen mellem det kromatin, der udtrykkes (euchromatin) og det tavse chromatin (heterochromatin).
  • Organiser alt chromatin både rumligt og funktionelt i kernen.
  • De repræsenterer substratet for de kovalente modifikationer, der bestemmer ekspressionen og ekspressionsniveauet for de gener, der koder for proteiner gennem den såkaldte histonkode.

Sammensætning og struktur

I sin mest grundlæggende betydning består nukleosomer af DNA og proteiner. DNA'et kan praktisk talt være et hvilket som helst dobbeltbånds DNA, der er til stede i den eukaryote celle, mens de nukleosomale proteiner hører til det hele af proteinerne kaldet histoner..

Histoner er proteiner af lille størrelse og med en høj belastning af basiske aminosyrerester; dette gør det muligt at modvirke DNA's høje negative ladning og etablere en effektiv fysisk interaktion mellem de to molekyler uden at nå stivheden af ​​den kovalente kemiske binding.

Histon octamer at danne en tromle måde med to kopier eller monomerer hver H2A, H2B, H3 og H4 histoner. DNA giver næsten to vindinger over siderne af octamer og fortsætter derefter med en brøkdel af linker DNA associeret med histon H1, hvilket gav to vindinger tilbage til en anden histon octamer.

Octamersættet, associeret DNA, og dets tilsvarende DNA-linker, er et nukleosom.

Komprimering af chromatin

Genomisk DNA består af ekstremt lange molekyler (mere end en meter for mennesket, i betragtning af alle dets kromosomer), som skal komprimeres og organiseres i en ekstremt lille kerne.

Det første trin i denne komprimering udføres gennem dannelsen af ​​nukleosomer. Kun med dette trin komprimeres DNA'et omkring 75 gange.

Dette giver anledning til en lineær fiber, hvorfra efterfølgende niveauer af chromatin komprimering er opbygget: 30 nm fiber, sløjfer og loop loops.

Når en celle opdeles, enten ved mitose eller af meioser, er den ultimative komprimeringsgrad henholdsvis selve mitotisk eller meiotisk kromosom.

Histonkoden og genekspression

Det faktum, at histon octamerer og DNA elektrostatisk interagere dels forklarer dens effektive association, uden at miste fluiditeten kræves til nukleosom komprimering og dynamiske elementer decompactación kromatin.

Men der er et endnu mere overraskende element af interaktion: De n-terminale ender af histonerne udsættes uden for det indre af oktameren, mere kompakte og inerte.

Disse ekstremer interagerer ikke kun fysisk med DNA'et, men gennemgår også en række kovalente modifikationer, hvor komprimeringsgraden af ​​chromatinet og ekspressionen af ​​det associerede DNA vil afhænge.

Sættet med kovalente modifikationer, hvad angår type og antal er blandt andet kollektivt kendt som histonkoden. Disse modifikationer indbefatter phosphorylering, methylering, acetylering, ubiquitination og sumoylering af arginin- og lysinresterne ved N-terminalerne af histoner.

Hver ændring, i forbindelse med andre inden for det samme molekyle eller i rester af andre histoner, især histoner H3, bestemmer udtrykket eller ej af det associerede DNA, såvel som komprimeringsgraden af ​​chromatinet.

Som en generel regel har været, for eksempel den hypermethyleret hypoacetylated histoner og bestemme, at den associerede DNA ikke udtrykkes, og at chromatin præsenteres i en mere kompakt tilstand (heterochromatic, og dermed inaktiv).

I modsætning hertil er eukromatisk DNA (mindre kompakt og genetisk aktivt) forbundet med en kromatin, hvis histoner er hyperacetylerede og hypomethylerede.

Echromatin vs heterochromatin

Vi har allerede set, at statusen for kovalent modifikation af histoner kan bestemme graden af ​​ekspression og komprimering af lokal chromatin. På globalt niveau reguleres chromatinkomprimering også ved kovalente modifikationer af histoner i nukleosomer.

Det er blevet vist, fx konstitutiv heterokromatin (aldrig udtrykt, og er tæt pakket) har tendens til at være placeret fastgjort til nukleare lag og efterlader frie nukleare porer.

I mellemtiden den konstitutive eukromatin (som altid udtrykkes, som omfattende gener celle vedligeholdelse, og er placeret i områder løs chromatin), er det i store løkker, som udsætter DNA'et, der skal transkriberes til transkriptionsmaskineriet.

Andre regioner af genomisk DNA oscillerer mellem disse to tilstande afhængigt af tidspunktet for organismens udvikling, vækstbetingelser, celleidentitet osv..

Andre funktioner

For at overholde sin plan for celleudvikling, ekspression og vedligeholdelse skal genomerne af eukaryote organismer finjustere, hvornår og hvordan deres genetiske potentialer skal manifesteres.

Ud fra de oplysninger, der er lagret i deres gener, er de placeret i kernen i bestemte regioner, der bestemmer deres transkriptionstilstand.

Vi kan derfor sige, at en anden af ​​nukleosomernes grundlæggende roller gennem de ændringer af kromatin, der hjælper med at definere, er kernens organisation eller arkitektur, der er vært for dem..

Denne arkitektur er arvet og er fylogenetisk bevaret takket være eksistensen af ​​disse modulære elementer af informationsemballage.

referencer

  1. Alberts, B., Johnson, A. D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cellth Edition). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Brooker, R.J. (2017). Genetik: Analyse og principper. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
  3. Cosgrove, M. S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Reguleret nukleosom mobilitet og histonkoden. 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). En introduktion til genetisk analyse (11th red.). New York: W.H. Freeman, New York, NY, USA.