Nukleosomfunksjoner, sammensetning og struktur



den nucleosome Det er den grunnleggende enheten av DNA-emballasje i eukaryotiske organismer. Det er derfor det minste kromatinkompresjonselementet.

Nukleosomet er konstruert som et oktam av proteiner som kalles histoner, eller trommelformet struktur, hvorav ca. 140 nt DNA blir såret, noe som gir nesten to komplette svinger.

I tillegg er det antatt at omtrent 40 til 80 nt DNA ytterligere del av nucleosome, og er den brøkdel av DNA som muliggjør fysisk kontinuitet mellom en nucleosome og andre kromatin mer komplekse strukturer (for eksempel kromatin fiber 30 nm).

Histonkoden var en av de første epigenetiske kontrollelementene som ble forstått molekylært.

index

  • 1 Funksjoner
  • 2 Sammensetning og struktur
  • 3 Komprimering av kromatin
  • 4 Koden til histon og genuttrykk
  • 5 Eukromatin vs heterochromatin
  • 6 Andre funksjoner
  • 7 referanser

funksjoner

Nukleosomer tillater:

  • Pakningen av DNA for å gjøre rom for det i det begrensede rommet i kjernen.
  • Bestem partisjonen mellom kromatinet som uttrykkes (eukromatin) og det tydelige kromatinet (heterochromatin).
  • Organiser all kromatin både romlig og funksjonelt i kjernen.
  • De representerer substratet for de kovalente modifikasjonene som bestemmer uttrykket og ekspressjonsnivået av de gener som koder for proteiner gjennom den såkalte histonkoden.

Sammensetning og struktur

I sin mest grunnleggende forstand består nukleosomer av DNA og proteiner. DNA kan være praktisk talt et dobbeltbånds DNA som er tilstede i kjernen til den eukaryote cellen, mens de nukleosomale proteiner tilhører alt til settet av proteiner kalt histoner..

Histoner er proteiner av liten størrelse og med høy belastning av basiske aminosyrerester; dette gjør det mulig å motvirke den høye negative ladningen av DNA og å etablere en effektiv fysisk interaksjon mellom de to molekylene uten å nå stivheten av den kovalente kjemiske binding.

Histonene danner en oktamer som en tromme med to kopier eller monomerer av hver av histonene H2A, H2B, H3 og H4. DNA gir nesten to komplette svinger på sidene av oktameren og fortsetter deretter med en brøkdel av DNA-linker som forbinder med histon H1, for å returnere for å gi to fulle svinger i en annen histone-oktamer.

Octamarsettet, tilknyttet DNA, og dets tilsvarende DNA-linker, er et nukleosom.

Komprimering av kromatin

Genomisk DNA består av ekstremt lange molekyler (mer enn ett meter når det gjelder mennesket, vurderer alle dets kromosomer), som må komprimeres og organiseres innenfor en ekstremt liten kjerne.

Det første trinnet i denne komprimeringen utføres gjennom dannelsen av nukleosomer. Bare med dette trinnet blir DNA-komprimert omtrent 75 ganger.

Dette gir opphav til en lineær fiber hvorfra følgende nivåer av kromatin-komprimering er bygd: 30 nm fiber, sløyfer og loop-sløyfer.

Når en celle deler seg, enten ved mitose eller av meiose, er den ultimate kompresjonsgraden selve mitotisk eller meiotisk kromosom.

Histonkoden og genuttrykket

Det faktum at histonokamerer og DNA interagerer elektrostatisk, forklarer delvis deres effektive sammensetning, uten å miste fluiditeten som kreves for å gjøre nukleosomer dynamiske elementer av komprimering og dekomprimering av kromatin.

Men det er et enda mer overraskende element av interaksjon: De n-terminale ender av histones blir eksponert utenfor det indre av oktameren, mer kompakt og inert.

Disse ekstremer påvirker ikke bare fysisk DNA, men gjennomgår også en rekke kovalente modifikasjoner hvor komprimeringsgraden av kromatinet og ekspresjonen av det tilknyttede DNA vil avhenge.

Kovalente modifikasjoner av apparatet, når det gjelder type og antall, blant annet, er kollektivt kjent som histon-kode. Disse modifikasjoner innbefatter fosforylering, metylering, acetylering, ubikvitinering og sumoylation rester arginin og lysin fra N-terminalen av histoner.

Hver forandring, i forbindelse med andre innenfor samme molekyl eller i rester av andre histoner, spesielt histoner H3, vil bestemme uttrykket eller ikke for det tilknyttede DNA, så vel som graden av komprimering av kromatinet.

Som en generell regel har vært, for eksempel hypermethylated hypoacetylated histoner og bestemme at den tilhørende DNA ikke blir uttrykt, og at kromatin er presentert i en mer kompakt tilstand (heterochromatic, og således inaktiv).

I kontrast er eukromatisk DNA (mindre kompakt og genetisk aktiv) forbundet med et kromatin hvis histoner er hyperacetylert og hypometylert.

Echromatin vs heterochromatin

Vi har allerede sett at statusen for kovalent modifikasjon av histoner kan bestemme graden av uttrykk og komprimering av lokal kromatin. På globale nivåer reguleres kromatin-komprimering også ved kovalente modifikasjoner av histon i nukleosomer.

Det har for eksempel vist seg at konstitutiv heterochromatin (som aldri blir uttrykt, og er tett pakket) har en tendens til å være lokalisert ved siden av kjernefysisk ark, slik at atomporer frigjøres.

I mellomtiden, den konstitutive eukromatin (som alltid er uttrykt, som inkluderer gener celle vedlikehold, og er lokalisert i områder løs kromatin), er det i store løkker som eksponerer det DNA som skal transkriberes til transkripsjons maskineri.

Andre regioner av genomisk DNA oscillerer mellom disse to tilstandene avhengig av tidspunktet for utvikling av organismen, vekstbetingelser, celleidentitet etc..

Andre funksjoner

For å overholde sin plan for celleutvikling, uttrykk og vedlikehold, må genomene av eukaryote organismer finregulere når og hvordan deres genetiske potensialer skal manifesteres.

Med utgangspunkt i informasjonen som er lagret i sine gener, ligger de i kjernen i bestemte regioner som bestemmer deres transkripsjonstilstand.

Vi kan si, derfor, at en av de grunnleggende roller nucleosomes, gjennom endringer i kromatin som bidrar til å definere, er organisasjonen eller Core-arkitekturen som huser.

Denne arkitekturen er arvet og er fylogenetisk bevart takket være eksistensen av disse modulære elementene av informasjonsemballasje.

referanser

  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). Genetikk: Analyse og prinsipper. McGraw-Hill høyere utdanning, New York, NY, USA.
  3. Cosgrove, M. S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Regulert nukleosom mobilitet og histonkoden. Naturstruktur og molekylærbiologi, 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 introduksjon til genetisk analyse (11th ed.). New York: W.H. Freeman, New York, NY, USA.