Nucleosoomfuncties, samenstelling en structuur

de nucleosoom het is de basiseenheid van DNA-verpakking in eukaryote organismen. Het is daarom het kleinste chromatinecompressie-element.

Het nucleosoom is geconstrueerd als een octameer van eiwitten die histonen worden genoemd, of een trommelvormige structuur waarop ongeveer 140 nt DNA is gewonden, wat bijna twee volledige slagen oplevert.

Bovendien wordt aangenomen dat een extra 40-80 nt DNA deel uitmaakt van het nucleosoom en dat het de fractie van DNA is die fysieke continuïteit mogelijk maakt tussen het ene nucleosoom en het andere in complexere chromatinestructuren (zoals 30 nm chromatinevezel).

De histoncode was een van de eerste epigenetische controle-elementen die het best moleculair werd begrepen.

index

• 1 Functies
• 2 Samenstelling en structuur
• 3 Verdichting van chromatine
• 4 De code van histonen en genexpressie
• 5 Euchromatine versus heterochromatine
• 6 Andere functies
• 7 Referenties

functies

Nucleosomes maken het volgende mogelijk:

• Het inpakken van het DNA om ruimte te maken in de beperkte ruimte van de kern.
• Bepaal de verdeling tussen het chromatine dat tot expressie wordt gebracht (euchromatin) en het stille chromatine (heterochromatine).
• Organiseer alle chromatine zowel ruimtelijk als functioneel in de kern.
• Ze vertegenwoordigen het substraat van de covalente modificaties die de expressie en het niveau van expressie bepalen van de genen die coderen voor eiwitten via de zogenaamde histoncode.

Samenstelling en structuur

In de meest basale zin zijn nucleosomen samengesteld uit DNA en eiwitten. Het DNA kan vrijwel elk dubbelbandig DNA zijn dat in de kern van de eukaryote cel aanwezig is, terwijl de nucleosomale eiwitten allemaal behoren tot de reeks eiwitten die histonen worden genoemd..

Histonen zijn eiwitten van kleine omvang en met een hoge lading basische aminozuurresten; dit maakt het mogelijk om de hoge negatieve lading van het DNA tegen te gaan en om een ​​efficiënte fysieke interactie tussen de twee moleculen tot stand te brengen zonder de stijfheid van de covalente chemische binding te bereiken.

De histonen vormen een octameer als een trommel met twee kopieën of monomeren van elk van de histonen H2A, H2B, H3 en H4. Het DNA geeft bijna twee volledige wendingen aan de zijkanten van de octameer en gaat vervolgens verder met een fractie van de DNA-linker die associeert met de histon H1, om terug te keren om twee volledige slagen te geven in een andere histone-octameer.

De octamereeks, geassocieerd DNA en de overeenkomstige DNA-linker ervan, is een nucleosoom.

Verdichting van chromatine

Genomisch DNA bestaat uit extreem lange moleculen (meer dan een meter in het geval van de mens, rekening houdend met al zijn chromosomen), die moet worden samengeperst en georganiseerd in een extreem kleine kern.

De eerste stap van deze verdichting wordt uitgevoerd door de vorming van de nucleosomen. Alleen met deze stap wordt het DNA ongeveer 75 keer gecomprimeerd.

Dit geeft aanleiding tot een lineaire vezel waaruit volgende niveaus van chromatine-compactie worden opgebouwd: 30 nm vezels, lussen en luslussen.

Wanneer een cel zich deelt, hetzij door mitose of door meiose, is de ultieme verdichting het mitotisch of meiotisch chromosoom zelf, respectievelijk.

De histoncode en genexpressie

Het feit dat histone octameren en DNA interacteren elektrostatisch voor een deel hun effectieve associatie verklaren, zonder verlies van de vloeibaarheid die nodig is om nucleosomen te maken dynamische elementen van verdichting en decompactatie van chromatine.

Maar er is een nog meer verrassend element van interactie: de N-terminale uiteinden van de histonen worden buiten het binnenste van het octameer blootgesteld, compacter en inert.

Deze uitersten interageren niet alleen fysiek met het DNA, maar ondergaan ook een reeks covalente modificaties waarop de mate van verdichting van het chromatine en de expressie van het geassocieerde DNA zal afhangen..

De reeks van covalente modificaties, in termen van type en aantal, onder andere, staat collectief bekend als de histoncode. Deze modificaties omvatten fosforylering, methylering, acetylatie, ubiquitinatie en sumoylatie van de arginine en lysine residuen aan de N-termini van histonen..

Elke verandering, in samenhang met anderen binnen hetzelfde molecuul of in residuen van andere histonen, in het bijzonder histonen H3, zal de expressie bepalen of niet van het geassocieerde DNA, evenals de graad van compactering van het chromatine..

Als algemene regel is bijvoorbeeld waargenomen dat gehypermethyleerde en gehyroacetyleerde histonen bepalen dat het geassocieerde DNA niet tot expressie wordt gebracht en dat dit chromatine in een meer compacte toestand aanwezig is (heterochromatisch en derhalve inactief).

Daarentegen is euchromatisch DNA (minder compact en genetisch actief) geassocieerd met een chromatine waarvan de histonen hypergeacetyleerd en gehypomethyleerd zijn.

Echromatine versus heterochromatine

We hebben al gezien dat de status van covalente modificatie van histonen de mate van expressie en verdichting van lokaal chromatine kan bepalen. Op globale niveaus wordt chromatine-compactie ook gereguleerd door covalente modificaties van histonen in nucleosomen.

Er is bijvoorbeeld aangetoond dat constitutief heterochromatine (dat nooit tot expressie wordt gebracht, en dicht is gepakt) zich naast de kernplaat bevindt, waardoor kernporiën vrij blijven.

Aan de andere kant doet het constitutieve euchromatin (dat altijd tot expressie wordt gebracht, zoals datgene dat de genen van cellulair onderhoud omvat en zich bevindt in gebieden van losse chromatine), dit in grote lussen die het DNA blootleggen dat moet worden getranscribeerd naar de transcriptiemachines..

Andere regio's van genomisch DNA oscilleren tussen deze twee toestanden, afhankelijk van het tijdstip van ontwikkeling van het organisme, groeiomstandigheden, celidentiteit, etc..

Andere functies

Om te voldoen aan haar plan voor celontwikkeling, expressie en onderhoud, moeten de genomen van eukaryotische organismen fijn regelen wanneer en hoe hun genetische potentieel moet worden gemanifesteerd..

Uitgaande van de informatie die is opgeslagen in hun genen, bevinden ze zich in de kern in bepaalde regio's die hun transcriptiestatus bepalen.

We kunnen daarom zeggen dat een andere van de fundamentele rollen van nucleosomen, door de veranderingen van chromatine die helpen te definiëren, de organisatie of architectuur is van de kern die ze bevat..

Deze architectuur is geërfd en is fylogenetisch geconserveerd dankzij het bestaan ​​van deze modulaire elementen van informatieve verpakkingen.

referenties

1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6^th Edition). W.W. Norton & Company, New York, NY, VS..
2. Brooker, R. J. (2017). Genetica: analyse en principes. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, VS..
3. Cosgrove, M. S., Boeke, J.D., Wolberger, C. (2004). Gereguleerde nucleosoommobiliteit en de histoncode. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
4. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W.B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, VS..
5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Een inleiding tot genetische analyse (11^th red.). New York: W.H. Freeman, New York, NY, VS..