NÜKLEOZOM: FONKSIYONLAR, KOMPOZISYON VE YAPI - BIYOLOJI - 2025

Nükleozom ökaryotik organizmalarda DNA temel paketleme birimi. Bu nedenle, kromatin için en küçük sıkıştırma elemanıdır.

Nükleozom, histon adı verilen bir protein oktameri veya yaklaşık 140 nt DNA'nın sarıldığı, neredeyse iki tam dönüş yapan tambur şeklindeki bir yapı olarak inşa edilmiştir.

Nükleozom yapısı

Ek olarak, ek bir 40-80 nt DNA nükleozomun parçası olarak kabul edilir ve daha karmaşık kromatin yapılarında (30 nm kromatin lifi gibi) bir nükleozom ile diğeri arasında fiziksel sürekliliğe izin veren DNA fraksiyonudur.

Histon kodu, moleküler olarak en iyi anlaşılan ilk epigenetik kontrol öğelerinden biriydi.

Özellikleri

Nükleozomlar şunları sağlar:

• DNA'nın, çekirdeğin sınırlı alanına sığacak şekilde paketlenmesi.
• Eksprese edilen kromatin (ökromatin) ile sessiz kromatin (heterokromatin) arasındaki bölünmeyi belirlerler.
• Çekirdekte tüm kromatini hem mekansal hem de işlevsel olarak düzenlerler.
• Histon kodu aracılığıyla proteinleri kodlayan genlerin ifadesini ve ifade seviyesini belirleyen kovalent modifikasyonların substratını temsil ederler.

Kompozisyon ve yapı

En temel anlamıyla nükleozomlar, DNA ve proteinlerden oluşur. DNA, ökaryotik hücrenin çekirdeğinde bulunan hemen hemen herhangi bir çift bantlı DNA olabilirken, nükleozomal proteinlerin tümü histon adı verilen protein kümesine aittir.

Histonlar, yüksek miktarda bazik amino asit kalıntısı içeren küçük proteinlerdir; Bu, DNA'nın yüksek negatif yüküne karşı koymayı ve kovalent kimyasal bağın sertliğine ulaşmadan iki molekül arasında verimli bir fiziksel etkileşim kurmayı mümkün kılar.

Histonlar, H2A, H2B, H3 ve H4 histonlarının her birinin iki kopyası veya monomeri ile tambur benzeri bir oktamer oluşturur. DNA, oktamerin kenarlarında neredeyse iki tam dönüş yapar ve daha sonra, başka bir histon oktamerine iki tam dönüş vermek üzere geri dönmek için histon H1 ile birleşen bağlayıcı DNA'nın bir kısmı ile devam eder.

Oktamer seti, ilişkili DNA ve karşılık gelen bağlayıcı DNA, bir nükleozomdur.

Kromatin sıkıştırma

Genomik DNA, son derece küçük bir çekirdek içinde sıkıştırılması ve organize edilmesi gereken son derece uzun moleküllerden oluşur (tüm kromozomları dikkate alındığında, insanlarda bir metreden fazla).

Bu sıkıştırmadaki ilk adım, nükleozomların oluşturulmasıyla gerçekleştirilir. Yalnızca bu adımla, DNA yaklaşık 75 kez sıkıştırılır.

Bu, sonraki kromatin sıkıştırma seviyelerinin oluşturulduğu doğrusal bir fibere yol açar: 30 nm fiber, ilmekler ve ilmek ilmekleri.

Bir hücre mitoz veya mayoz yoluyla bölündüğünde, nihai sıkıştırma derecesi sırasıyla mitotik veya mayotik kromozomun kendisidir.

Histon kodu ve gen ifadesi

Histon oktamerlerinin ve DNA'nın elektrostatik olarak etkileşime girmesi gerçeği, kromatini yoğunlaştırmak ve bozmak için nükleozomları dinamik elemanlar yapmak için gereken akışkanlığı kaybetmeden kısmen bunların etkili ilişkisini açıklar.

Ancak daha da şaşırtıcı bir etkileşim unsuru var: histonların N-terminal uçları, daha kompakt ve atıl oktamerin iç kısmının dışında açığa çıkar.

Bu uçlar, sadece fiziksel olarak DNA ile etkileşime girmekle kalmaz, aynı zamanda, kromatinin sıkıştırma derecesinin ve ilişkili DNA'nın ifadesinin bağlı olacağı bir dizi kovalent modifikasyona da uğrar.

Diğer şeylerin yanı sıra tür ve sayı bakımından kovalent modifikasyonlar kümesi topluca histon kodu olarak bilinir. Bu modifikasyonlar arasında fosforilasyon, metilasyon, asetilasyon, ubikitinasyon ve histonların N-terminallerinde arginin ve lizin kalıntılarının sumoilasyonunu içerir.

Aynı molekül içinde veya diğer histonların kalıntılarında, özellikle H3 histonlarında diğerleriyle birlikte her değişiklik, ilişkili DNA'nın ekspresyonunu ve aynı zamanda kromatinin sıkıştırma derecesini belirleyecektir.

Genel bir kural olarak, örneğin, hipermetile ve hipoasetillenmiş histonların, ilişkili DNA'nın eksprese edilmediğini ve kromatinin daha kompakt bir durumda (heterokromatik ve dolayısıyla inaktif) bulunduğunu belirlediği görülmüştür.

Buna karşılık, ökromatik DNA (daha az kompakt ve genetik olarak aktif), histonları hiperasetillenmiş ve hipometillenmiş bir kromatin ile ilişkilidir.

Euchromatin vs heterokromatin

Histonların kovalent modifikasyon durumunun ekspresyon derecesini ve lokal kromatin sıkışmasını belirleyebileceğini zaten görmüştük. Küresel düzeyde, kromatin sıkıştırması da benzer şekilde nükleozomlardaki histonların kovalent modifikasyonları ile düzenlenmektedir.

Örneğin, yapısal heterokromatinin (asla ifade edilmeyen ve yoğun bir şekilde paketlenmiş olan) nükleer tabakaya yapışarak nükleer gözenekleri serbest bırakma eğiliminde olduğu gösterilmiştir.

Yapısal ökromatin (hücre bakımı için genleri içeren ve gevşek kromatin bölgelerinde bulunanlar gibi her zaman ifade edilen), bunu, kopyalanacak DNA'yı transkripsiyon mekanizmasına maruz bırakan büyük döngüler halinde yapar. .

Genomik DNA'nın diğer bölgeleri, organizmanın gelişme süresine, büyüme koşullarına, hücresel kimliğe vb. Bağlı olarak bu iki durum arasında salınır.

Diğer fonksiyonlar

Ökaryotik organizmaların genomlarının hücre gelişimi, ekspresyonu ve sürdürülmesine yönelik planlarını yerine getirmek için genetik potansiyellerinin ne zaman ve nasıl ortaya çıkması gerektiğini hassas bir şekilde düzenlemesi gerekir.

Daha sonra genlerinde depolanan bilgilerden başlayarak, bunlar çekirdekte, transkripsiyon durumlarını belirleyen belirli bölgelerde bulunur.

Bu nedenle, tanımlanmasına yardımcı olduğu kromatin değişiklikleri yoluyla nükleozomların temel rollerinden bir diğeri, onları barındıran çekirdeğin organizasyonu veya mimarisi olduğunu söyleyebiliriz.

Bu mimari miras alınır ve bilgi paketlemenin bu modüler unsurlarının varlığı sayesinde filogenetik olarak korunur.

Referanslar

1. Alberts, B., Johnson, (6 Celi AD, Lewis J, Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter P., (2014) Molecular Biology ^inci Baskı). WW Norton & Company, New York, NY, ABD.
2. Brooker, RJ (2017). Genetik: Analiz ve İlkeler. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, ABD.
3. Cosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Düzenlenmiş nükleozom hareketliliği ve histon kodu. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
4. Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, ABD.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Genetik Analiz için bir giriş (11 ^inci ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, ABD.