Функції, склад і структура нуклеосом



The нуклеосоми це основна одиниця упаковки ДНК в еукаріотичних організмах. Це, отже, найменший елемент стиснення хроматину.

Нуклеосома побудована як октамер білків, званих гістонами, або барабанної структури, на якій намотується близько 140 нт ДНК, що дає майже два повні обороти..

Крім того, вважається, що додаткові 40-80 нт ДНК є частиною нуклеосоми, і це частка ДНК, яка дозволяє фізичну безперервність між однією нуклеосомою та іншою в більш складних структурах хроматину (таких як 30 нм волокна хроматину)..

Гістонний код був одним з перших епігенетичних контрольних елементів, найбільш добре розуміють молекулярно.

Індекс

  • 1 Функції
  • 2 Склад і структура
  • 3 Ущільнення хроматину
  • 4 Код гістонів і експресія генів
  • 5 Евхроматин проти гетерохроматину
  • 6 Інші функції
  • 7 Посилання

Функції

Нуклеосоми дозволяють:

  • Упаковка ДНК дозволяє звільнити її в обмеженому просторі ядра.
  • Визначити розділ між експресованим хроматином (еухроматином) і тихим хроматином (гетерохроматином).
  • Організуйте весь хроматин як просторово, так і функціонально в ядрі.
  • Вони являють собою субстрат ковалентних модифікацій, які визначають експресію і рівень експресії генів, що кодують білки, через так званий гістоновий код.

Склад і структура

У самому основному сенсі нуклеосоми складаються з ДНК і білків. ДНК може бути, по суті, будь-якою двосмуговою ДНК, присутньою в ядрі еукаріотичної клітини, в той час як нуклеосомні білки належать, всі, до набору білків, званих гістонами..

Гістони є білками невеликого розміру і з високим навантаженням основних амінокислотних залишків; це дозволяє протидіяти високому негативному заряду ДНК і встановити ефективну фізичну взаємодію між двома молекулами, не досягаючи жорсткості ковалентного хімічного зв'язку..

Гістони утворюють октамер у вигляді барабана з двома копіями або мономерами кожного з гістонів H2A, H2B, H3 і H4. ДНК дає майже два повних повороту на сторонах октамера і потім продовжує з фракцією ДНК-лінкера, який зв'язується з гістоном H1, щоб повернути, щоб дати два повних повороту в іншому гистоновом октамере..

Набір октамер, пов'язана з ДНК, і його відповідний лінкер ДНК, є нуклеосомою.

Ущільнення хроматину

Геномна ДНК складається з надзвичайно довгих молекул (більше одного метра у випадку людини, враховуючи всі її хромосоми), які повинні бути ущільнені і організовані в межах надзвичайно малого ядра.

Першу стадію цього ущільнення здійснюють через утворення нуклеосом. Тільки з цим кроком ДНК ущільнюється приблизно в 75 разів.

Це призводить до створення лінійного волокна, з якого будуються наступні рівні ущільнення хроматину: волокна 30 мм, петлі і петлі петлі.

Коли клітина ділиться або мітозом, або мейозом, кінцева ступінь ущільнення є самою мітотичною або мейотичною хромосомою, відповідно.

Код гістонів і експресія гена

Той факт, що октамери гістонів і ДНК взаємодіють електростатично, частково пояснюють їх ефективну асоціацію, не втрачаючи текучості, необхідної для створення динамічних елементів нуклеосоми ущільнення і декомпозиції хроматину..

Але є ще більш дивовижний елемент взаємодії: N-кінцеві кінці гістонів виставлені за межами внутрішнього октамера, більш компактними і інертними..

Ці крайності не тільки фізично взаємодіють з ДНК, але й проходять ряд ковалентних модифікацій, на яких буде залежати ступінь ущільнення хроматину і експресія пов'язаної ДНК..

Набір ковалентних модифікацій, з точки зору типу і кількості, серед іншого, разом відомий як код гістонів. Ці модифікації включають фосфорилювання, метилювання, ацетилювання, убиквитинирование і сумоилирование залишків аргініну і лізину на N кінцях гістонів.

Кожна зміна в поєднанні з іншими в межах однієї і тієї ж молекули або в залишках інших гістонів, особливо гістонів Н3, визначатиме експресію або не пов'язану з цим ДНК, а також ступінь ущільнення хроматину..

Як загальне правило, було видно, наприклад, що гіперметильовані та гіпоацетилированние гістони визначають, що пов'язана ДНК не експресується і що цей хроматин присутній у більш компактному стані (гетерохроматичний, а отже, неактивний).

На противагу цьому, euchromatic ДНК (менш компактна і генетично активна) пов'язана з хроматином, гістони якого гіперацетильовані і гіпометильовані.

Ехроматин проти гетерохроматину

Ми вже бачили, що статус ковалентної модифікації гістонів може визначати ступінь експресії і ущільнення місцевого хроматину. На глобальному рівні ущільнення хроматину також регулюється ковалентними модифікаціями гістонів в нуклеосомах.

Було показано, наприклад, що конститутивний гетерохроматин (який ніколи не експресується і є щільно упакований) має тенденцію розташовуватися поруч з ядерним листом, залишаючи вільні ядерні пори вільними..

З іншого боку, конститутивний еухроматин (який завжди виражається, як той, який включає гени клітинного утримання і розташований в областях вільного хроматину), робить це у великих петлях, які піддають транскрипції ДНК на механізм транскрипції..

Інші області геномної ДНК коливаються між цими двома станами в залежності від часу розвитку організму, умов росту, ідентичності клітин і т.д..

Інші функції

Для того, щоб дотримуватися свого плану розвитку клітин, експресії та підтримки, геноми еукаріотичних організмів повинні тонко регулювати, коли і як повинні проявлятися їхні генетичні потенціали..

Починаючи з інформації, що зберігається в їхніх генах, вони знаходяться в ядрі в певних регіонах, які визначають їх транскрипційний стан.

Отже, можна сказати, що ще однією з фундаментальних ролей нуклеосом, через зміни хроматину, що допомагає визначити, є організація або архітектура ядра, що їх приймає..

Ця архітектура успадковується і філогенетично збережена завдяки існуванню цих модульних елементів інформаційної упаковки.

Список літератури

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6)й Видання). W. Norton & Company, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США.
  2. Брукер, Р. Дж. (2017). Генетика: аналіз і принципи. McGraw-Hill Вища освіта, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США.
  3. Cosgrove, M.S., Boeke, J.D., Wolberger, C. (2004). Регульована рухливість нуклеосом і код гістонів. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Генетика. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, США.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Вступ до генетичного аналізу (11й ред.). Нью-Йорк: У. Г. Фрімен, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США.