Heterochromatin je časť chromatínu (DNA a histonových proteínov) husto eukaryontných chromozómov. Zvyčajne sa spája s „tichými“ oblasťami genómu, tj s regiónmi, ktoré sú transkripčne neaktívne.
Heitz, v roku 1928, bol prvý, kto rozlišoval dva rôzne typy chromatínu na eukaryotických chromozómoch počas interfázy, opisujú euchromatín a heterochromatín na základe ich rozdielneho zhutnenia.
Organizácia chromatínu v jadre (Zdroj: Sha, K. a Boyer, LA. Chromatínový podpis pluripotentných buniek (31. mája 2009), StemBook, vyd. The Stem Cell Research Community, StemBook, doi / 10,3824 / kmeňová kniha. 1.45.1, http://www.stembook.org. Via Wikimedia Commons)
Ak sú eukaryotické chromozómy zafarbené rôznymi technikami špecifickými pre DNA, mikroskopické pozorovania odhalia, že existujú oblasti týchto štruktúr, ktoré sa zafarbujú intenzívnejšie ako iné. Tieto oblasti zodpovedajú hyperkompaktným oblastiam hetrochromatínu.
Heterochromatinizácia DNA, to znamená jej zabalenie, sa môže vyskytnúť v bunke ako reakcia na rôzne faktory a môže byť fakultatívna alebo konštitutívna.
Konštitutívny heterochromatín je trvalý znak, ktorý sa všeobecne dedí, zatiaľ čo fakultatívny heterochromatín môže alebo nemusí byť na chromozóme v ktoromkoľvek danom čase. Najlepším príkladom konštitutívneho heterochromatínu je príklad jedného z dvoch chromozómov X u žien.
V eukaryotoch heterochromatín „ukladá“ a „zhutňuje“ veľké genómy, ktoré ich charakterizujú, najmä tie oblasti, ktoré pozostávajú z opakujúcich sa sekvencií, zostávajúcich frakcií inváznych retro transpozónov, transponovateľných prvkov, medzi ostatnými.
štruktúra
Heterochromatín nemá oveľa odlišnejšiu štruktúru ako menej husto zabalený chromatín, euchromatín.
Pochopenie tohto je dôležité si uvedomiť, že eukaryotické chromozómy sú tvorené molekulou DNA, ktorá je spojená s proteínmi nazývanými históny. Osem histónov tvorí oktamérické jadro známe ako „nukleozóm“, okolo ktorého sa obaluje DNA.
K asociácii DNA s histónovými proteínmi dochádza vďaka elektrostatickým interakciám medzi kladnými nábojmi bázických zvyškov týchto proteínov a zápornými nábojmi fosfátových skupín štruktúry reťazca DNA.
Nukleozóm (Zdroj: Nucleosome_structure.png: Derivátová práca Richarda Wheelera (Zephyris) (Nucleosome-2.png): Rekymanto prostredníctvom Wikimedia Commons)
- Oktamér histónov
Každý oktamér histónov sa skladá z tetraméru histónov H3 a H4 a dvoch dimérov histónov H2A a H2B; Približne 146 párov báz DNA je umiestnených okolo každého jadra histónov.
Nukleozómy sa „priblížia“ k sebe navzájom vďaka účasti iného histónu známeho ako histón spojenia alebo mosta (linker, v angličtine), ktorým je histón H1.
Chromatín sa potom skladá z po sebe nasledujúcich nukleozómov, ktoré sú kompaktné a tvoria vláknitú štruktúru s väčšou hrúbkou, ale s menšou dĺžkou.
Každý histónový proteín je charakterizovaný prítomnosťou aminokyselinového "chvosta", ktorý môže podstúpiť kovalentné enzymatické modifikácie. Zistilo sa, že tieto modifikácie ovplyvňujú stupeň expresie alebo umlčania génov spojených s nukleozómami, ako aj úroveň zhutnenia chromatínu.
Heterochromatín sa vyznačuje najmä hypoacetyláciou histónov vo všetkých eukaryotoch a metyláciou histónu H3 v lyzínovom zvyšku 9 iba pre „vyššie“ eukaryoty.
Enzýmy zodpovedné za uskutočnenie týchto modifikácií sú známe ako histónové deacetylázy a histónové metyltransferázy.
Okrem modifikácie v histónoch môže byť DNA metylovaná, čo ovplyvňuje stupeň zhutnenia chromatínu a zodpovedá druhému z dvoch epigenetických mechanizmov organizácie eukaryotického genómu.
Kde sa nachádza heterochromatín?
Heterochromatín, ako bolo uvedené na začiatku, môže byť konštitutívny alebo fakultatívny.
Konštitutívny heterochromatín je zvlášť bohatý v genómových oblastiach, ktoré majú vysokú hustotu opakujúcich sa sekvencií (ako sú napríklad satelitné prvky), kde sú hojné umlčané transponovateľné prvky, v centromerických oblastiach a v teloméroch.
Hovorí sa, že je konštitutívny, pretože tieto oblasti genómu zostávajú kondenzované alebo kompaktné počas delenia buniek. V nedeľiacej sa bunke je však väčšina DNA euchromatická a existuje len niekoľko dobre definovaných oblastí konštitutívneho heterochromatínu.
Fakultatívny heterochromatín je taký, ktorý sa nachádza v lokusoch, ktoré sú regulované v rôznych fázach vývoja; takže v skutočnosti predstavuje „prechodne kondenzované“ oblasti, ktoré sa môžu meniť podľa bunkových signálov a genetickej aktivity.
Vlastnosti
Pretože heterochromatín je dôležitou súčasťou telomerických a centromerických oblastí, vykonáva dôležité funkcie z hľadiska bunkového delenia a ochrany chromozomálnych koncov.
Centroméry fungujú počas delenia buniek aktívne a umožňujú duplikátnym chromozómom pohybovať sa smerom k obidvom pólom deliacej bunky, zatiaľ čo zvyšok génov zostáva neaktívny a kompaktný.
Zhutňovanie špecifických oblastí eukaryotických chromozómov je synonymom genetického umlčania, pretože skutočnosť, že heterochromatín je husto zbalený, znamená neprístupnosť transkripčného aparátu pre základné génové sekvencie.
Pokiaľ ide o rekombináciu, heterochromatín potláča tento proces a chráni integritu genómu tým, že zakazuje „nelegitímnu“ rekombináciu medzi opakujúcimi sa sekvenciami DNA roztrúsenými po celom genóme. Toto je zvlášť dôležité pri kontrole „parazitických“ transponovateľných prvkov, ktoré sú umlčané heterochromatinizáciou.
Štrukturálne funkcie
Až pred niekoľkými rokmi sa predpokladalo, že heterochromatická DNA je druh „nezdravej DNA“, pretože vedci nenájdu špecifickú funkciu pre sekvencie obsiahnuté v týchto oblastiach; Nezabúdajme, že napríklad viac ako 80% genómovej DNA človeka nekóduje bunkové proteíny alebo molekuly RNA s regulačnými funkciami.
Teraz je však známe, že tvorba fakultatívnej heterochromatickej DNA je nanajvýš dôležitá pre reguláciu mnohých procesov počas vývoja a rastu živých bytostí a že konštitutívne heterochromatínové regióny zohrávajú zásadnú úlohu z hľadiska zo štrukturálneho hľadiska.
Mnoho autorov uviedlo, že heterochromatín môže mať štrukturálne funkcie na eukaryotických chromozómoch. Toto tvrdenie je založené na skutočnosti, že heterochromatické oblasti danej chromozómovej časti od seba oddelia časti, ktoré majú rôzne vzorce genetickej „aktivity“.
Inými slovami, heterochromatické oblasti slúžia ako "medzerníky" medzi rôznymi transkripčne aktívnymi oblasťami, ktoré môžu mať veľký význam z hľadiska transkripcie tam umiestnených génov.
Referencie
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, a Miller, JH (2005). Úvod do genetickej analýzy. Macmillan.
- Brown, SW (1966). Heterochromatin. Science, 151 (3709), 417-425.
- Elgin, SC, a Grewal, SI (2003). Heterochromatín: ticho je zlaté. Current Biology, 13 (23), R895-R898.
- Grewal, SI, a Jia, S. (2007). Heterochromatín sa znovu objavil. Nature Reviews Genetics, 8 (1), 35.
- Grewal, SI, a Moazed, D. (2003). Heterochromatín a epigenetická kontrola génovej expresie. Science, 301 (5634), 798-802.
- Hennig, W. (1999). Heterochromatin. Chromosoma, 108 (1), 1-9.