Nukleosomfunktioner, komposition och struktur



den nukleosomen Det är den grundläggande enheten för DNA-förpackning i eukaryota organismer. Det är därför det minsta kromatinkompressionselementet.

Nukleosomen är konstruerad som en oktamer av proteiner som kallas histoner eller trumformad struktur, på vilken omkring 140 nt DNA sår, vilket ger nästan två kompletta varv.

Dessutom anses det att ca 40-80 nt DNA ytterligare del av nukleosomen, och är den del av DNA som tillåter fysisk kontinuitet mellan en nukleosom och andra kromatin mer komplexa strukturer (såsom kromatin fibern 30 nm).

Histonkoden var ett av de första epigenetiska kontrollelementen som bäst förstod molekylärt.

index

  • 1 Funktioner
  • 2 Sammansättning och struktur
  • 3 Komprimering av kromatin
  • 4 Koden för histon och genuttryck
  • 5 Euchromatin vs heterochromatin
  • 6 Övriga funktioner
  • 7 referenser

funktioner

Nukleosomer tillåter:

  • Förpackningen av DNA: n för att göra plats för det i det begränsade utrymmet i kärnan.
  • Bestäm delningen mellan kromatinet som uttrycks (eukromatin) och det tysta kromatinet (heterochromatin).
  • Organisera all kromatin både rumligt och funktionellt i kärnan.
  • De representerar substratet för de kovalenta modifieringar som bestämmer uttrycket och expressionsnivån av generna som kodar för proteiner genom den så kallade histonkoden.

Sammansättning och struktur

I sin mest grundläggande mening består nukleosomer av DNA och proteiner. DNA: n kan i praktiken vara vilket dubbelband DNA som finns i kärnan i den eukaryota cellen, medan de nukleosomala proteinerna hör till alla uppsättningar av proteiner som kallas histoner..

Histoner är proteiner av liten storlek och med en hög belastning av basiska aminosyrarester. Detta möjliggör att motverka DNA: s höga negativa laddning och att etablera en effektiv fysisk interaktion mellan de två molekylerna utan att nå styvheten hos det kovalenta kemiska bindemedlet.

Histonerna bildar en oktamer som en trumma med två kopior eller monomerer av var och en av histonerna H2A, H2B, H3 och H4. DNA: n ger nästan två kompletta varv på sidorna av oktameren och fortsätter sedan med en bråkdel av DNA-länkare som associerar med histon H1, för att återvända för att ge två fulla varv i en annan histon-oktamer.

Octameruppsättningen, associerad DNA, och dess motsvarande DNA-länkare, är en nukleosom.

Komprimering av kromatin

Genomiskt DNA består av extremt långa molekyler (mer än en meter när det gäller människa, med tanke på alla dess kromosomer), som måste komprimeras och organiseras inom en extremt liten kärna.

Det första steget i denna komprimering utförs genom bildandet av nukleosomerna. Endast med detta steg komprimeras DNA ca 75 gånger.

Detta ger upphov till en linjär fiber från vilken efterföljande nivåer av kromatinkomprimering är byggda: 30 nm fiber, slingor och slingor.

När en cell delar sig, antingen genom mitos eller av meios, är den ultimata komprimeringsgraden själva respektive mitotisk eller meiotisk kromosom.

Histonkoden och genuttrycket

Det faktum att histonokamerar och DNA interagerar elektrostatiskt förklarar delvis deras effektiva association, utan att förlora den fluiditet som erfordras för att göra nukleosomer dynamiska element av komprimering och dekomprimering av kromatin.

Men det finns ett ännu mer överraskande element av interaktion: Histonernas N-terminala ändar exponeras utanför det inre av oktameren, mer kompakt och inert.

Dessa ändar inte bara fysiskt interagera med DNA, men också lider av ett antal av kovalenta modifieringar av dessa kommer att bero på graden av kompaktering av kromatin och DNA-expression associerat.

Satsen av kovalenta modifieringar, i form av typ och nummer, är bland annat känt som histonkoden. Dessa modifieringar innefattar fosforylering, metylering, acetylering, ubikvitinering och sumoylation rester arginin och lysin från N-terminalen av histoner.

Varje ändring, i samverkan med andra inom samma molekyl eller i rester av andra histoner, särskilt histoner H3, bestämmer uttrycket eller ej av det associerade DNA, såväl som komprimeringsgraden för kromatinet.

Som en allmän regel har varit, till exempel, den hypermetylerad hypoacetylated histoner och bestämma att den associerade DNA inte uttrycks och att kromatin presenteras på ett mer kompakt tillstånd (heterochromatic, och sålunda inaktiv).

I kontrast är eukromatisk DNA (mindre kompakt och genetiskt aktiv) associerad med en kromatin vars histoner är hyperacetylerade och hypometylerade.

Echromatin vs heterochromatin

Vi har redan sett att statusen för kovalent modifiering av histoner kan bestämma graden av uttryck och komprimering av lokalt kromatin. På globala nivåer regleras kromatinkomprimering också av kovalenta modifieringar av histon i nukleosomer.

Det har exempelvis visats att den konstitutiva heterochromatin (som aldrig uttrycks och är tät packad) tenderar att vara belägen intill kärnarket och lämnar kärnporer fritt.

Under tiden, den konstitutiva eukromatin (som alltid uttrycks, som inkluderande gener cellupprätthållande, och är belägen i regioner löst kromatin), är det i stora slingor som utsätter det DNA som skall transkriberas till transkriptionsmaskineriet.

Andra regioner av genomiskt DNA oscillerar mellan dessa två tillstånd beroende på tidpunkten för organismens utveckling, tillväxtbetingelser, cellidentitet etc..

Övriga funktioner

För att uppfylla sin utvecklingsplan, uttryck och cell underhåll måste genomen hos eukaryota organismer tätt regleras när och hur att manifestera sin genetiska potential.

Med utgångspunkt från informationen lagrad i sina gener ligger de i kärnan i specifika regioner som bestämmer deras transkriptionstillstånd.

Vi kan därför säga att en annan av de grundläggande rollerna av nukleosomer, genom förändringar av kromatin som bidrar till att definiera, är kärnans organisation eller arkitektur som är värd för dem..

Denna arkitektur är ärvt och är filogenetiskt konserverad tack vare förekomsten av dessa modulära delar av informationsförpackningar.

referenser

  1. Alberts, B., Johnson, A.D., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of Cellth Edition). W. W. Norton & Company, New York, NY, USA.
  2. Brooker, R.J. (2017). Genetik: Analys och Principer. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
  3. Cosgrove, M.S., Boeke, J. D., Wolberger, C. (2004). Regulerad nukleosom mobilitet och histonkoden. Naturstruktur- och molekylärbiologi, 11: 1037-43.
  4. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  5. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S. B., Doebley, J. (2015). En introduktion till genetisk analys (11th red.). New York: W.H. Freeman, New York, NY, USA.