Wat is DNA-verpakking? (In prokaryoten en eukaryoten)

de DNA-verpakking is een term die de gecontroleerde verdichting van DNA in de cel definieert. In geen enkele cel (en in feite zelfs niet in virussen) is DNA gratis, laks en in echte oplossing.

DNA is een extreem lang molecuul dat bovendien altijd in wisselwerking staat met een grote verscheidenheid aan verschillende eiwitten. Voor de verwerking, vererving en controle van de expressie van de genen die het draagt, neemt het DNA een bepaalde ruimtelijke organisatie aan. Dit wordt bereikt doordat de cel elke stap van het verpakken van het DNA op verschillende niveaus van verdichting strikt controleert.

Virussen hebben verschillende verpakkingsstrategieën voor hun nucleïnezuren. Een van de favorieten is de vorming van compacte spiralen. Men zou kunnen zeggen dat virussen nucleïnezuren zijn die zijn verpakt in de eiwitten die ze bedekken, beschermen en mobiliseren.

In prokaryoten wordt DNA geassocieerd met eiwitten die de vorming van complexe lussen bepalen in een structuur die een nucleotide wordt genoemd. Het maximale niveau van DNA-compactie in een eukaryotische cel, aan de andere kant, is het mitotische of meiotische chromosoom.

Het enige exemplaar waarin een B-DNA niet is verpakt, is een onderzoekslaboratorium dat dat doel nastreeft.

index

• 1 Structuur van DNA
• 2 De bacteriële nucleotide
• 3 De niveaus van verdichting van het eukaryote chromosoom
  • 3.1 Het nucleosoom
  • 3.2 De vezel van 30 nm
  • 3.3 Ties en beurten
• 4 Meiotic DNA-compactie
• 5 Referenties

Structuur van DNA

Het DNA wordt gevormd door twee antiparallelle banden die een dubbele helix vormen. Elk van hen presenteert een skelet van fosfodiester-bindingen waaraan suikers gebonden aan stikstofhoudende basen binden.

In het molecuul vormen de stikstofhoudende basen van één band waterstofbruggen (twee of drie) met de complementaire band.

In een molecuul als dit vertonen de meeste van de belangrijke verbindingshoeken vrije rotatie. De stikstofsuiker-, suikerfosfaat- en fosfodiester-bindingen zijn flexibel.

Hierdoor kan DNA, dat wordt gezien als een flexibele staaf, enig vermogen vertonen om te buigen en op te rollen. Dankzij deze flexibiliteit kan het DNA complexe lokale structuren aannemen en interactie-bindingen vormen op korte, middellange en lange afstand.

Deze flexibiliteit verklaart ook hoe 2 meter DNA kan worden gehandhaafd in elke diploïde cel van een mens. In een gameet (haploïde cel) zou het een DNA-meter zijn.

Het bacteriële nucleotide

Hoewel het geen onbreekbare regel is, bestaat het bacteriële chromosoom als een dubbelstrengs dubbelstrengs DNA-DNA-DNA.

De dubbele helix draait meer op zichzelf (meer dan 10 bp per omwenteling) en produceert dus enige verdichting. Lokale knopen worden ook gegenereerd dankzij manipulaties die enzymatisch worden gecontroleerd.

Bovendien zijn er sequenties in DNA die het mogelijk maken dat domeinen zich in grote lussen vormen. We noemen de structuur die het resultaat is van de supererollamiento en bestelden nucleoide lussen.

Deze ondergaan dynamische veranderingen dankzij enkele eiwitten die enige structurele stabiliteit aan het gecomprimeerde chromosoom verschaffen. De mate van verdichting in bacteriën en archaea is zo efficiënt dat er meer dan één chromosoom per nucleotide kan zijn.

De nucleotide comprimeert het prokaryotisch DNA minstens 1000 keer. De topologische structuur van de nucleoïde is een fundamenteel onderdeel van de regulatie van de genen die het chromosoom draagt. Dat wil zeggen, structuur en functie vormen dezelfde eenheid.

De niveaus van compactie van het eukaryote chromosoom

Het DNA in de eukaryotische kern is niet naakt. Het interageert met veel eiwitten, waarvan de belangrijkste histonen zijn. Histonen zijn kleine, positief geladen eiwitten die op niet-specifieke wijze aan DNA binden.

In de kern is wat we waarnemen een DNA-complex: histonen, die we chromatine noemen. Het sterk gecondenseerde chromatine, dat meestal niet tot expressie wordt gebracht, is heterochromatine. Daarentegen is het minst verdichte (lossere) of euchromatine chromatine met genen die tot expressie worden gebracht.

Chromatine heeft verschillende niveaus van verdichting. Het meest elementaire is dat van het nucleosoom; gevolgd door de solenoid fiber en interphase chromatine loops. Alleen wanneer een chromosoom is verdeeld, worden de maximale verdichtingsniveaus weergegeven.

Het nucleosoom

Het nucleosoom is de basiseenheid van de chromatineorganisatie. Elk nucleosoom wordt gevormd door een octameer van histonen die een soort trommel vormen.

Het octameer wordt gevormd door twee kopieën van elk van de histonen H2A, H2B, H3 en H4. Om hen heen geeft het DNA bijna 1,7 ronden. Het wordt gevolgd door een fractie van vrij DNA genaamd 20 pb linker geassocieerd met histon H1, en vervolgens een ander nucleosoom. De hoeveelheid DNA in een nucleosoom en degene die het verbindt met een ander is ongeveer 166 basenparen.

Deze stap van het zeven keer inpakken van het compacte DNA in het molecuul. Dat wil zeggen, we gingen van een meter naar iets meer dan 14 cm DNA.

Deze verpakking is mogelijk omdat de positieve histonen de negatieve lading van het DNA opheffen, en de daaruit voortvloeiende elektrostatische zelfimpuls. De andere reden is dat het DNA op zo'n manier kan buigen dat het het octamine van de histon kan laten draaien.

Vezel van 30 nm

De vezel van kralen in een ketting die vele opeenvolgende nucleosomen vormt, wordt bovendien in een meer compacte structuur gerold.

Hoewel we niet weten welke structuur het echt goedkeurt, weten we dat het een dikte van ongeveer 30 nm bereikt. Dit is de zogenaamde 30 nm-vezel; histon H1 is essentieel voor de vorming en stabiliteit.

De 30 nm-vezel is de basisstructuureenheid van heterochromatine. Dat van lakse nucleosomen, dat van euchromatine.

Stropdassen en bochten

De 30 nm-vezel is echter niet volledig lineair. Integendeel, het vormt lussen van ongeveer 300 nm lang, op een serpentine manier, op een weinig bekende eiwitmatrix.

Deze lussen op een eiwitmatrix vormen een compactere chromatinevezel met een diameter van 250 nm. Ten slotte zijn ze uitgelijnd op de manier van een eenvoudige helix van 700 nm dik die aanleiding geeft tot een van de zuster-chromatiden van een mitotisch chromosoom.

Uiteindelijk wordt het DNA in het nucleaire chromatine ongeveer 10.000 keer gecomprimeerd in het chromosoom van de delende cel. In de interfasische kern is de compactie ook hoog, omdat het ongeveer 1000 keer is vergeleken met het "lineaire" DNA.

Meiotische compactie van DNA

In de wereld van ontwikkelingsbiologie wordt gezegd dat gametogenese het epigenoom reset. Dat wil zeggen, het wist de DNA-kenmerken die het leven van de maker van de gameet heeft geproduceerd of ervaren.

Deze markers omvatten DNA-methylatie en covalente modificaties van histonen (Histon-code). Maar niet al het epigenoom wordt gereset. Wat overblijft bij merken zal verantwoordelijk zijn voor de genetische afdruk van de vader of moeder.

De impliciete reset naar gametogenese is gemakkelijker te zien in sperma. In sperma zit het DNA niet vol met histonen. Daarom wordt de informatie in verband met zijn modificaties in het producentenorganisme in het algemeen niet geërfd.

In het sperma is DNA verpakt dankzij de interactie met niet-specifieke DNA-bindende eiwitten die protamines worden genoemd. Deze eiwitten vormen disulfide-bruggen naar elkaar, waardoor ze helpen om overlappende DNA-lagen te vormen die elektrostatisch niet afstoten.

referenties

1. Alberts, B., Johnson, A. D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6e editie). W.W. Norton & Company, New York, NY, VS..
2. Annunziato, A. (2008) DNA-verpakking: nucleosomen en chromatine. Natuuronderwijs 1:26. (Https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-packaging-nucleosomes-and-chromatin-310).
3. Brooker, R. J. (2017). Genetica: analyse en principes. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, VS..
4. Martínez-Antonio, A. Medina-Rivera, A., Collado-Vides, J. (2009) Structurele en functionele kaart van een bacterieel nucleotide. Genome Biology, doi: 10.1186 / gb-2009-10-12-247.
5. Mathew-Fenn, R. S, Das, R., Harbury, P. A. B. (2008) Heropneming van de dubbele helix. Science, 17: 446-449.
6. Travers, A. A. (2004) De structurele basis van DNA-flexibiliteit. Filosofische transacties van de Royal Society of London, Series A, 362: 1423-1438.
7. Travers, A., Muskhelishvili, G. (2015) DNA-structuur en -functie. FEBS Journal, 282: 2279-2295.