EUCHROMATYNA: BUDOWA I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2025

Euchromatyna jest częścią eukariotycznych chromosomów, która składa się z lekko wypełnionej chromatyny i zawierającej większość sekwencji kodujących genów wielu organizmów genomu.

Ten region chromosomów eukariotycznych jest powiązany z obszarami aktywnymi transkrypcyjnie, dlatego ma ogromne znaczenie dla komórek organizmu. Jest to wyraźnie widoczne w komórkach, które się nie dzielą, ponieważ podczas kondensacji lub zagęszczania staje się heterochromatyną, czyli krok przed mitotycznym i / lub mejotycznym podziałem komórki.

Euchromatyna jest dostępna dla mechanizmu transkrypcyjnego (źródło: Wenqiang Shi za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Tak więc euchromatyna jest jednym z dwóch typów organizacji strukturalnej chromatyny, drugim jest heterochromatyna, która może być fakultatywna lub konstytutywna.

Struktura

Strukturę euchromatyny można opisać dokładnie tak, jak strukturę chromatyny, którą można znaleźć w wielu podręcznikach, ponieważ jedną z nielicznych różnic między tą ostatnią a heterochromatyną jest stopień zagęszczenia lub kondensacji nici DNA + białko.

Chromatyna

DNA organizmów eukariotycznych znajduje się w jądrze, w ścisłym związku z dużą liczbą białek. Pośród tych białek istotne znaczenie mają histony, które są odpowiedzialne za „organizowanie” i kondensację nici chromosomalnego DNA, umożliwiając tym dużym cząsteczkom „wejście” w tak małej przestrzeni i kontrolując ekspresję genów.

Każdy chromosom eukariotyczny składa się z pojedynczej nici DNA i dużej liczby białek histonowych. Struktury te są bardzo dynamiczne, ponieważ stopień ich zagęszczenia jest modyfikowany nie tylko w zależności od potrzeb transkrypcyjnych komórek, ale także w zależności od momentu cyklu komórkowego i niektórych sygnałów środowiskowych.

Zmiany w zagęszczeniu chromatyny wpływają w taki czy inny sposób na poziom ekspresji genów (w niektórych regionach bardziej niż w innych), dlatego odpowiada poziomowi epigenetycznej regulacji informacji.

Histony pozwalają na prawie 50-krotne skrócenie długości nici DNA każdego chromosomu, co jest szczególnie ważne podczas podziału komórek, ponieważ zagęszczanie chromatyny zapewnia prawidłową segregację chromosomów między komórkami potomnymi.

Oktamer histonowy

Cząsteczki DNA chromosomów eukariotycznych są owinięte wokół „cylindrycznej” struktury złożonej z ośmiu białek histonowych: H2A, H2B, H3 i H4. Jądro oktameryczne składa się z dwóch dimerów H2A i H2B oraz tetrameru białek H3 i H4.

Histony są białkami podstawowymi, ponieważ zawierają dużą liczbę dodatnio naładowanych reszt aminokwasowych, takich jak na przykład lizyna i arginina. Te dodatnie ładunki oddziałują elektrostatycznie z ujemnymi ładunkami cząsteczek DNA, sprzyjając jego zjednoczeniu z jądrem białka.

Każdy oktamer histonu cewki około 146 par zasad, tworząc tak zwany nukleosom. Chromatyna składa się z kolejnych nukleosomów, połączonych ze sobą krótkim fragmentem DNA i białkiem mostkującym lub łączącym histony zwanym H1. Ta konfiguracja zmniejsza długość DNA 7 razy w porównaniu z długością początkową.

Białka histonowe mają również „ogony” aminokwasów, które wystają z nukleosomów i które mogą podlegać kowalencyjnym modyfikacjom, które mogą modyfikować poziom zagęszczenia chromatyny (na zagęszczanie mają również wpływ kowalencyjne modyfikacje DNA, takie jak , metylacja cytokin, co sprzyja zagęszczaniu).

W zależności od czasu życia każdej komórki, nić zbudowana z nukleosomów może dalej zagęszczać, tworząc strukturę włóknistą zwaną „włóknem 30 nm”, co skraca długość cząsteczki DNA o kolejne 7 razy.

To włókno o długości 30 nm można zorganizować wewnątrz rdzenia w postaci promieniowych pętli; te pętle charakteryzują się tym, że zawierają aktywne transkrypcyjnie geny i odpowiadają euchromatynie.

Euchromatyna i heterochromatyna

Euchromatyna i heterochromatyna to dwa typy organizacji chromatyny. Heterochromatyna jest najbardziej zwartą lub „zamkniętą” częścią chromosomu; charakteryzuje się biochemicznymi śladami hipoacetylacji i hipermetylacji (u wyższych eukariontów metylacja reszty 9 histonu H3).

Z heterochromatyną związane są, między innymi, regiony genomowe nieme transkrypcyjnie, regiony sekwencji powtarzalnych i regiony „szczątkowe” atakujących elementów transpozonowych i retrotranspozonów.

Organizacja chromatyny w jądrze (Źródło: Sha, K. i Boyer, LA The chromin signature of pluripotent cells (31 maja 2009), StemBook, red. The Stem Cell Research Community, StemBook, doi / 10.3824 / stembook. 1.45.1, http://www.stembook.org. Via Wikimedia Commons)

Heterochromatyna tworzy telomeryczne i centromeryczne regiony chromosomów, które są funkcjonalnie ważne dla ochrony końców tych struktur i ich prawidłowej segregacji podczas procesów podziału komórek.

Dodatkowo, w zależności od potrzeb transkrypcyjnych komórki, część chromatyny może w jednym czasie spowodować heterochromatynę, a innym razem uwolnić to zagęszczenie.

W przeciwieństwie do tego, euchromatyna charakteryzuje się hiperacetylacją i hipometylacją, a dokładniej „znacznikami” grup acetylowych w reszcie lizyny 4 histonów H3 i H4.

Odpowiada „luźniejszym” regionom chromatyny i zwykle reprezentuje najbardziej aktywne transkrypcyjnie części, to znaczy takie, w których zgrupowana jest największa liczba genów kodujących.

Funkcje euchromatyny

Euchromatyna jest bardzo bogata w jądrze komórkowym, gdy komórki się nie dzielą, to znaczy, gdy chromosomy nie są skondensowane i nie wykazują swojego charakterystycznego kształtu.

Biorąc pod uwagę, że ta część chromatyny zawiera największą liczbę genów aktywnych transkrypcyjnie, euchromatyna pełni ważne funkcje w rozwoju, a także w metabolizmie, fizjologii i regulacji ważnych procesów biologicznych właściwych komórkom.

Czemu?

Ponieważ „aktywne” geny kodują wszystkie białka i enzymy niezbędne do przeprowadzenia wszystkich procesów metabolicznych i fizjologicznych komórki.

Te geny, które nie kodują białek, ale są również aktywne z punktu widzenia transkrypcji, zwykle pełnią funkcje regulacyjne, to znaczy kodują małe cząsteczki RNA, czynniki transkrypcyjne, rybosomalne RNA itp.

Dlatego regulacja procesów transkrypcyjnych zależy również od informacji zawartych w euchromatynie, a także od regulacji procesów związanych z podziałem i wzrostem komórek.

Bibliografia

1. Brooker, R., Widmaier, E., Graham, L., Stiling, P., Hasenkampf, C., Hunter, F.,… & Riggs, D. (2010). Biologia.
2. Eissenberg, J., Elgin, S. (2005) Heterochromatin and Euchromatin. Encyklopedia nauk o życiu. John Wiley & Sons, Ltd.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT i Miller, JH (2005). Wprowadzenie do analizy genetycznej. Macmillan.
4. Grunstein, M., Hecht, A., Fisher-Adams, G., Wan, J., Mann, RK, Strahl-Bolsinger, S., … & Gasser, S. (1995). Regulacja euchromatyny i heterochromatyny przez histony u drożdży. J Cell Sci, 1995 (suplement 19), 29-36.
5. Tamaru, H. (2010). Ograniczające terytorium euchromatyny / heterochromatyny: jumonji przekracza granicę. Geny i rozwój, 24 (14), 1465-1478.