KROMATIN: TÜRLERI, ÖZELLIKLERI, YAPISI, IŞLEVLERI - BIYOLOJI - 2025

Kromatin sadece ökaryotik organizmalarda DNA ve protein ile oluşturulan bir komplekstir. Oran açısından, genetik materyalden neredeyse iki kat fazla protein içerir. Bu kompleksteki en önemli proteinler histonlardır - elektrostatik etkileşimler yoluyla DNA'ya bağlanan küçük, pozitif yüklü proteinler. Ek olarak, kromatin, histonlar dışında binden fazla proteine ​​sahiptir.

Kromatinin temel birimi, histonlar ve DNA'nın birleşiminden oluşan nükleozomdur. Bu düzenleme bir kolyedeki boncukları anımsatmaktadır. DNA organizasyonunun tüm yüksek seviyelerinden geçtikten sonra, kromozomlara ulaşacağız.

Kaynak: Chromatin_nucleofilaments.png: Chris Woodcock türevi çalışma: Gouttegd

Kromatin yapısı, gen ekspresyonunun kontrolü ile yakından ilgilidir. İki ana türü vardır: ökromatin ve heterokromatin.

Euchromatin, yüksek düzeyde transkripsiyona dönüşen düşük bir sıkıştırma derecesine sahip olmasıyla karakterize edilir. Tersine, heterokromatin, yüksek derecede sıkıştırılmasından dolayı transkripsiyonel olarak inaktiftir.

Yapısal olarak, her iki tip kromatin için tipik olan histonların belirli epigenetik işaretleri vardır. Ökromatin asetilasyon ile ilişkilendirilirken, heterokromatin kimyasal gruplarda bir azalma ile ilişkilidir.

Telomerler ve sentromerler gibi yapısal işlevlere sahip bazı heterokromatin bölgeleri vardır.

Tarihi bakış açısı

Genetik materyal ve yapısal organizasyonu üzerine çalışma, araştırmacı Robert Brown'ın çekirdeği tanımlamasıyla 1831'de başladı. Bu keşfin acil sorularından biri, bu yapının biyolojik ve kimyasal doğasını araştırmaktı.

Bu sorular 1870 ile 1900 yılları arasında nüklein kelimesini tanıtan Friedrich Miescher'in deneyleriyle açıklığa kavuşturulmaya başlandı. Bununla birlikte, Walther Flemming terimi değiştirir ve nükleer maddeye atıfta bulunmak için kromatin kullanır.

Zaman geçtikçe, genetik materyal ve özellikleri hakkında daha derin bir bilgiye sahip olunmaya başlar. İtalyan araştırmacı Pasquale Baccarini'nin kromatinin homojen olmadığını fark ettiği ve çekirdeğin içindeki küçük cisimleri görselleştirmeyi başardığı 1908 yılına kadar değildi.

Kromatin türleri - ökromatin ve heterokromatin - ilk olarak 1928'de Emil Heitz tarafından önerildi. Bu sınıflandırmayı oluşturmak için Heitz, lekelerin kullanımına dayanıyordu.

1974'te biyolog Roger Kornberg, Markus Noll'un deneyleriyle ampirik olarak onaylanan bir hipotez olan nükleozomlar olarak bilinen yapılarda genetik materyalin organizasyonu için bir model önerdi.

Kromatin nedir?

Kromatin bileşenleri: DNA ve proteinler

Kromatin, genetik materyalin - DNA'nın - heterojen bir protein setiyle birleşmesiyle oluşan bir nükleoproteindir. Bu ilişki oldukça dinamiktir ve düzenleyici ve yapısal işlevlerini yerine getirmesine izin veren karmaşık bir üç boyutlu yapı kazanır.

Kromatindeki en önemli proteinlerden biri, DNA ile neredeyse aynı oranda bulunan histonlardır.

Histonlar, organik varlıkların evrimsel tarihi boyunca dikkate değer biçimde korunan temel proteinlerdir - yani, histonlarımız, filogenetik olarak daha uzaktaki başka bir hayvan bile diğer memelilere kıyasla çok fazla değişiklik göstermez.

Histonların yükü pozitiftir, bu nedenle elektrostatik kuvvetler yoluyla DNA'da bulunan fosfat omurgasının negatif yükü ile etkileşime girebilirler. Beş tip histon vardır: H1, H2A, H2B, H3 ve H4.

Ayrıca, DNA'nın sıkıştırılmasına katılan histonlardan farklı bir yapıya sahip birkaç protein de vardır.

DNA sıkıştırma: nükleozomlar

Temel kromatinin birimi nükleozomlardır - DNA ve histonlardan oluşan tekrarlayan yapılar, genetik materyalde bulunan bir konformasyon.

DNA çift sarmalı, histon oktameri olarak bilinen sekiz histon kompleksine sarılır. Molekül yaklaşık iki turda sarılır ve ardından nükleozomları birbirinden ayıran kısa bir bölge (20 ila 60 baz çifti arasında) gelir.

Bu organizasyonu anlamak için, DNA molekülünün son derece uzun olduğunu (yaklaşık 2 metre) ve kendisini çekirdekte (çapı 3 ila 10 µm olan) oluşturmak için düzenli bir şekilde sarılması gerektiğini hesaba katmalıyız. Ayrıca, replikasyon ve transkripsiyon için erişilebilir hale getirilmelidir.

Bu amaca, ilki yukarıda belirtilen nükleozomlar olmak üzere farklı DNA sıkıştırma seviyeleri ile ulaşılır. Bunlar inci kolyedeki boncuklara benziyor. Evde "sayımlarda" yaklaşık 150 baz DNA çifti sarılır.

Bakterilerde gerçek hikayeler yoktur. Aksine, histonları andıran bir dizi protein vardır ve bunların bakteriyel DNA'nın paketlenmesine katkıda bulunduğu varsayılmaktadır.

En iyi organizasyon

Kromatinin organizasyonu nükleozom seviyesinde sınırlı değildir. Protein ve DNA'nın bu birleşimi, yaklaşık 30 nm'lik daha kalın bir yapıda birlikte gruplandırılır - bu kalınlık nedeniyle buna "30 nm fiber" seviyesi denir.

30 nm kalınlığında düzenlenen kromatin, bir tür protein yapısı iskelesi (histonlar değil) içinde uzanan ilmekler şeklinde düzenlenmiştir.

Bu, halihazırda kullanılan modeldir, ancak daha karmaşık sıkıştırma mekanizmaları beklenebilir. Nihai organizasyon kromozomdan oluşur.

Kromatin organizasyonundaki hatalar

Genetik materyalin sıkıştırılması ve düzenlenmesi, çoklu biyolojik fonksiyonlar için hayati önem taşır. X-bağlantılı alfa talasemi, Rubinstein-Taybi sendromu, Coffin-Lowry sendromu, Rett sendromu ve diğerleri arasında kromatin yapısındaki hatalarla ilişkilendirilen farklı tıbbi durumlar.

Kromatin türleri

Hücrede lekelerin uygulanmasıyla ortaya çıkan iki tip kromatin vardır: ökromatin ("gerçek" kromatin) ve heterokromatin. İlk durumda boyama zayıf bir şekilde gözlenirken, ikincisinde yoğun boyama.

DNA'nın bu yapısal organizasyonu ökaryotik organizmalara özgüdür ve kromozomların davranışı ve gen ifadesinin düzenlenmesi için çok önemlidir.

Arayüzeyde bulunan bir hücrede her iki tip kromatin oranını değerlendirirsek, kromatinin yaklaşık% 90'ının ökromatin olduğunu ve kalan% 10'unun heterokromatine karşılık geldiğini buluruz. Her türü aşağıda ayrıntılı olarak açıklayacağız:

I. heterokromatin

karakteristikleri

Her iki tip kromatin arasında var olan temel fark, hücre bölünmesinin belirli aşamaları sırasında molekülün sıkıştırma veya "paketlenme" derecesi ile ilgilidir.

Genetik materyal arayüzde rastgele dağılmış gibi görünse de, bu şekilde değildir.

Çekirdekte kromozom materyalinin farklı bir bölümünün görülebildiği bu aşamada önemli bir organizasyon vardır.

Kromozomların DNA'sı, diğer kromozomların DNA zinciriyle iç içe geçmez ve kromozom bölgeleri adı verilen belirli bölgelerde kalır. Bu organizasyon gen ifadesine katkıda bulunuyor gibi görünüyor.

Heterokromatin güçlü bir şekilde yoğunlaşır, bu da onu transkripsiyon makinesine erişilemez hale getirir - bu nedenle transkripsiyonu yapılmaz. Ayrıca sahip olduğu gen sayısı bakımından fakirdir.

Heterokromatin türleri

Bazı heterokromatin bölgeleri, hücre soyları boyunca kalıcıdır - yani her zaman heterokromatin gibi davranacaktır. Bu heterokromatin türü, yapıcı olarak bilinir. Bunun bir örneği, sentromerler ve telomerler olarak adlandırılan yoğunlaşmış kromozom bölgeleridir.

Bunun aksine, heterokromatinin gelişimsel modellerdeki veya çevresel değişkenlerdeki değişikliklere yanıt olarak sıkıştırma seviyesini değiştirebilen kısımları vardır.

Yeni çalışmalar sayesinde, bu görüş yeniden formüle ediliyor ve şimdi kurucu heterokromatinin de dinamik ve uyaranlara cevap verebildiğine dair kanıtlar var.

yapı

Kromatinin yapısını belirleyen faktörlerden biri, histonların kimyasal modifikasyonlarıdır. Transkripsiyonel olarak inaktif olan kromatin durumunda, hipoasetillenmiş histonlar sergilerler.

Asetil gruplarının sayısındaki azalma, lizinlerin pozitif yükünü maskelemediği ve DNA ile histonlar arasında güçlü bir elektrostatik etkileşime izin verdiği için gen susturma ile ilişkilidir.

Diğer bir epigenetik marka metilasyondur. Bununla birlikte, bir metil grubunun eklenmesi proteinin yükünü değiştirmediğinden, bunun sonucu (genleri aktive etmek veya devre dışı bırakmak) o kadar açık değildir ve işaretin bulunduğu histon bölgesine bağlı olacaktır.

Ampirik olarak, H3K4me3 ve H3K36me3'ün metilasyonunun, gen aktivasyonu ve H3K9me3 ve H3K27me3'ünki ile ilişkili olduğu bulunmuştur.

Özellikleri

Kurucu heterokromatin örneğinde sentromere değiniyoruz. Bu kromozomal bölge yapısal bir role sahiptir ve hem mitotik hem de miyotik hücre bölünmesi olayları sırasında kromozomların hareketine katkıda bulunur.

II. Ökromatin

karakteristikleri

Heterokromatinin aksine, ökromatin daha az kompakt bir moleküldür, bu nedenle transkripsiyon makinesi kolay erişime sahiptir (özellikle RNA polimeraz enzimi) ve genetik yollarla aktif olarak ifade edilebilir.

yapı

Transkripsiyonel olarak aktif bir kromatinin bir nükleozomunun yapısı asetillenmiş histonlarla karakterize edilir. Monometillenmiş lizinlerin varlığı da gen aktivasyonu ile ilişkilidir.

Bu histon lizin kalıntılarına bir asetil grubunun eklenmesi, söz konusu amino asidin pozitif yükünü nötralize eder. Bu değişikliğin hemen sonucu, histon ve DNA arasındaki elektrostatik etkileşimlerin azalması ve daha gevşek bir kromatin üretmesidir.

Bu yapısal modifikasyon, genetik materyalin, özellikle hacimli olmasıyla karakterize edilen transkripsiyonel makine ile etkileşimlerine izin verir.

Özellikleri

Euchromatin, aktif olan ve transkripsiyonla ilgili enzimatik mekanizma tarafından ulaşılmayı başaran tüm genleri kapsar. Bu nedenle, işlevler, ilgili genlerin işlevleri kadar geniştir.

Referanslar

1. Grewal, SI ve Moazed, D. (2003). Heterokromatin ve gen ekspresyonunun epigenetik kontrolü. bilim, 301 (5634), 798-802.
2. Jost, KL, Bertulat, B. ve Cardoso, MC (2012). Heterokromatin ve gen konumlandırma: içeride, dışarıda, herhangi bir tarafta? Kromozom, 121 (6), 555–563.
3. Lewin, B. (2008). Genler IX. Jones ve Bartlett Yayıncılar.
4. Tollefsbol, TO (2011). Epigenetik El Kitabı. Akademik Basın.
5. Wang, J., Jia, ST ve Jia, S. (2016). Heterokromatin Düzenlemesine Yeni Bakışlar. Genetikteki eğilimler: TIG, 32 (5), 284–294.
6. Zhang, P., Torres, K., Liu, X., Liu, CG ve Pollock, RE (2016). Hücrelerdeki Kromatin Düzenleyici Proteinlere Genel Bir Bakış. Güncel protein ve peptid bilimi, 17 (5), 401–410.