Hva er DNA-emballasje? (I prokaryoter og eukaryoter)



den DNA-emballasje er et begrep som definerer kontrollert komprimering av DNA inne i cellen. I ingen celler (og faktisk ikke engang i virus) er DNA fri, laks og i sann løsning.

DNA er et ekstremt langt molekyl som i tillegg alltid interagerer med et stort utvalg av forskjellige proteiner. For behandling, arv og kontroll av uttrykket av generene den bærer, vedtar DNA en bestemt romlig organisasjon. Dette oppnås ved at cellen kontrollerer hvert trinn av DNA-emballasjen på forskjellige nivåer av komprimering.

Virus har forskjellige emballasjestrategier for deres nukleinsyrer. En av favorittene er dannelsen av kompakte spiraler. Det kan sies at virus er nukleinsyrer pakket i proteiner som dekker dem, beskytter og mobiliserer dem.

I prokaryoter er DNA assosiert med proteiner som bestemmer dannelsen av komplekse sløyfer i en struktur kalt nukleoid. Maksimalt nivå av DNA-komprimering i en eukaryotisk celle, derimot, er mitotisk eller meiotisk kromosom.

Det eneste tilfellet der et B-DNA ikke er pakket, er et forskningslaboratorium som forfølger den hensikten.

index

  • 1 struktur av DNA
  • 2 Den bakterielle nukleoid
  • 3 Nivåene av komprimering av det eukaryote kromosomet
    • 3.1 Nukleosomet
    • 3.2 Fiberen på 30 nm
    • 3.3 Slips og sving
  • 4 Meiotisk DNA-komprimering
  • 5 referanser

Struktur av DNA

DNA'et dannes av to antiparallelle bånd som danner en dobbelt helix. Hver av dem presenterer et skjelett med fosfodiesterbindinger der sukker knyttet til nitrogenbaser binder.

Innenfor molekylet danner nitrogenbindene i ett bånd hydrogenbindinger (to eller tre) med komplementbåndet.

I et molekyl som dette viser de fleste av de viktige bindingsvinklene fri rotasjon. Nitrogen-sukker-, sukkerfosfat- og fosfodiesterbindingsbindingene er fleksible.

Dette gjør at DNA, sett som en fleksibel stang, viser noen evne til å bøye og spole. Denne fleksibiliteten gjør det mulig for DNA å vedta komplekse lokale strukturer, og å danne interaksjonsobligasjoner på kort, mellomlang og lang avstand.

Denne fleksibiliteten forklarer også hvordan 2 meter DNA kan opprettholdes i hver diploid celle i et menneske. I en gamete (haploidcelle) ville det være en DNA-måler.

Den bakterielle nukleoid

Selv om det ikke er en ubrytelig regel, eksisterer det bakterielle kromosomet som en enkelt dobbeltstrenget DNA-dobbeltstrenget DNA-molekyl.

Dobbelthjelten snur seg mer på seg selv (mer enn 10 bp per omdreining) og gir dermed en viss komprimering. Lokale knuter genereres også takket være manipulasjoner som er enzymatisk kontrollert.

I tillegg er det sekvenser i DNA som tillater domener å danne i store sløyfer. Vi kaller strukturen som følge av supererollamiento og bestilte sløyfer nukleoid.

Disse gjennomgår dynamiske endringer takket være noen proteiner som gir noen strukturell stabilitet til det komprimerte kromosomet. Graden av komprimering i bakterier og arkea er så effektiv at det kan være mer enn ett kromosom per nukleoid.

Nukleotiden komprimerer prokaryotisk DNA minst 1000 ganger. Den meget topologiske strukturen til nukleoid er en grunnleggende del av reguleringen av de gener som kromosomet bærer. Det vil si at struktur og funksjon utgjør samme enhet.

Nivåene av komprimering av det eukaryote kromosomet

DNA i eukaryotiske kjernen er ikke naken. Det samhandler med mange proteiner, hvorav de viktigste er histoner. Histoner er små, positivt ladede proteiner som binder til DNA på en ikke-spesifikk måte.

I kjernen er det et DNA-kompleks: histoner, som vi kaller kromatin. Det meget kondenserte kromatinet, som vanligvis ikke uttrykkes, er heterochromatin. I kontrast er den minst komprimerte (løsere) eller eukromatin, kromatin med gener som uttrykkes.

Kromatin har flere kompresjonsnivåer. Den mest elementære er den for nukleosomet; etterfulgt av magnetfibrene og interfasekromatin-sløyfer. Først når et kromosom er delt, er det maksimale komprimeringsnivåer vist.

Nukleosomet

Nukleosomet er den grunnleggende enheten for kromatinorganisasjon. Hver nukleosom dannes av en oktamer av histon som danner en slags tromme.

Octameren er dannet av to kopier av hver av histonene H2A, H2B, H3 og H4. Rundt dem gir DNA nesten 1,7 runder. Det følges av en brøkdel av fri DNA kalt 20 pb linker assosiert med histon H1, og deretter en annen nukleosom. Mengden av DNA i en nukleosom og den som forbinder den med en annen, er omtrent 166 basepar.

Dette trinnet for å pakke kompakt DNA til molekylet ca. 7 ganger. Det er at vi gikk fra en meter til litt over 14 cm DNA.

Denne pakningen er mulig fordi de positive histonene avbryter negativ ladning av DNA, og den følgelig elektrostatiske selvimpulsen. Den andre grunnen er at DNA-en kan bøye seg på en slik måte at den kan rotere histontonen.

Fiber av 30 nm

Fiberen av perler i et halskjede som danner mange påfølgende nukleosomer blir i tillegg rullet inn i en mer kompakt struktur.

Selv om vi ikke vet hvilken struktur den virkelig vedtar, vet vi at den når en tykkelse på rundt 30 nm. Dette er den såkalte 30 nm-fiberen; histon H1 er avgjørende for dens dannelse og stabilitet.

30 nm-fiberen er den grunnleggende strukturelle enheten av heterochromatin. Den av lakse nukleosomer, den av eukromatin.

Slips og svinger

30 nm-fiberen er imidlertid ikke helt lineær. Tvert imot danner det sløyfer på rundt 300 nm i en serpentisk måte på en lite kjent proteinmatrise.

Disse sløyfer på en proteinmatrise danner en mer kompakt kromatinfiber med en diameter på 250 nm. Til slutt er de justert på samme måte som en enkel helix 700 nm tykk som gir opphav til en av søsterkromatidene av et mitotisk kromosom.

Til slutt blir DNA-en i nukleær kromatin komprimert ca. 10.000 ganger i kromosomet til delingscellen. I den interfasiske kjernen er dens komprimering også høy siden den er ca. 1000 ganger sammenlignet med det "lineære" DNA.

Meiotisk komprimering av DNA

I utviklingsbiologiens verden sies det at gametogenese resetter epigenomet. Det vil si at det sletter DNA-merkene som livet til opphavsmannen til gametet produserte eller opplevde.

Disse markørene inkluderer DNA-metylering og kovalente modifikasjoner av histoner (Histone-kode). Men ikke alle epigenomene tilbakestilles. Det som gjenstår med merkevarer, vil være ansvarlig for foster- eller mors genetiske avtrykk.

Den implisitte reset til gametogenese er lettere å se i sædceller. I sperma er DNA ikke pakket med histoner. Derfor er informasjonen som er knyttet til modifikasjonene i produsentorganismen, generelt ikke arvet.

I sperm DNA pakkes takket være samspillet med ikke-spesifikke DNA-bindende proteiner kalt protaminer. Disse proteinene danner disulfidbroer til hverandre, og bidrar dermed til å danne overlagde lag av DNA som ikke avviser elektrostatisk.

referanser

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6th Edition). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Annunziato, A. (2008) DNA-emballasje: Nukleosomer og kromatin. Naturopplæring 1:26. (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
  3. Brooker, R.J. (2017). Genetikk: Analyse og prinsipper. McGraw-Hill høyere utdanning, New York, NY, USA.
  4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Strukturelt og funksjonelt kart over en bakteriell nukleoid. Genombiologi, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
  5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, P. A. B. (2008) Remeasuring double helix. Science, 17: 446-449.
  6. Travers, A. A. (2004) Det strukturelle grunnlaget for DNA fleksibilitet. Filosofiske transaksjoner av Royal Society of London, serie A, 362: 1423-1438.
  7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) DNA struktur og funksjon. FEBS Journal, 282: 2279-2295.