NUKLEOSOMA: FUNKCIJAS, SASTĀVS UN STRUKTŪRA - BIOLOĢIJA - 2025

Nucleosome ir pamata iepakojuma vienības DNS eikariotu organismos. Tāpēc tas ir mazākais hromatīna saspiešanas elements.

Nukleosoma ir veidota kā olbaltumvielu oktamers, ko sauc par histoniem, vai arī bungas formas struktūra, uz kuras ir ieausti apmēram 140 nt DNS, veicot gandrīz divus pilnus pagriezienus.

Nukleosomu struktūra

Turklāt papildu 40–80 nt DNS tiek uzskatīti par nukleosomas daļu, un tieši DNS frakcija ļauj fiziski turpināties starp vienu nukleosomu un otru sarežģītākās hromatīna struktūrās (piemēram, 30 nm hromatīna šķiedra).

Histona kods bija viens no pirmajiem molekulāri vislabāk saprotamajiem epiģenētiskās kontroles elementiem.

Iespējas

Nukleosomas ļauj:

• DNS iepakojums, lai ietilptu ierobežotā kodola telpā.
• Tie nosaka sadalījumu starp izteikto hromatīnu (euchromatin) un kluso hromatīnu (heterochromatin).
• Viņi organizē visu hromatīnu gan telpiski, gan funkcionāli kodolā.
• Tie attēlo kovalento modifikāciju substrātu, kas nosaka to gēnu ekspresiju un izpausmes līmeni, kuri kodē olbaltumvielas, izmantojot tā saukto histona kodu.

Sastāvs un struktūra

Pamata izpratnē nukleosomas veido DNS un olbaltumvielas. DNS var būt praktiski jebkura divjoslu DNS, kas atrodas eikariotu šūnas kodolā, savukārt nukleosomāli proteīni visi pieder olbaltumvielu kopai, ko sauc par histoniem.

Histoni ir mazi proteīni ar lielu aminoskābju atlieku daudzumu; Tas ļauj neitralizēt lielo negatīvo DNS lādiņu un izveidot efektīvu fizisko mijiedarbību starp abām molekulām, nesasniedzot kovalentās ķīmiskās saites stingrību.

Histoni veido bungām līdzīgu oktameru ar diviem H2A, H2B, H3 un H4 histonu diviem eksemplāriem vai monomēriem. DNS veic gandrīz divus pilnus pagriezienus oktamera sānos un pēc tam turpina daļu linkera DNS, kas asociējas ar histonu H1, lai atgrieztos, dodot divus pilnus pagriezienus uz citu histona oktameru.

Oktamera kopa, saistītā DNS un tai atbilstošā saistītā DNS, ir nukleosoma.

Hromatīna sablīvēšana

Genomisko DNS veido ārkārtīgi garas molekulas (vairāk nekā metrs cilvēkiem, ņemot vērā visas viņu hromosomas), kurām jābūt sablīvētām un organizētām ārkārtīgi mazā kodolā.

Pirmais solis šajā sablīvēšanā tiek veikts, veidojot nukleosomas. Tikai ar šo soli DNS tiek sablīvēts apmēram 75 reizes.

Tas rada lineāru šķiedru, no kuras tiek veidoti sekojoši hromatīna sablīvēšanās līmeņi: 30 nm šķiedra, cilpas un cilpu cilpas.

Kad šūna dalās, izmantojot mitozi vai meiozi, galīgā sablīvēšanās pakāpe ir attiecīgi pati mitotiskā vai meiotiskā hromosoma.

Histona kods un gēna ekspresija

Fakts, ka histona oktimēri un DNS mijiedarbojas elektrostatiski, daļēji izskaidro to efektīvo saistību, nezaudējot plūstamību, kas nepieciešama, lai nukleosomas izveidotu par dinamiskiem elementiem hromatīna sablīvēšanai un sadalīšanai.

Bet ir vēl pārsteidzošāks mijiedarbības elements: histonu N-gala gali tiek pakļauti kompakta un inerta oktamera iekšpusē.

Šie gali ne tikai fiziski mijiedarbojas ar DNS, bet arī veic virkni kovalentu modifikāciju, no kurām būs atkarīga hromatīna sablīvēšanās pakāpe un ar to saistītā DNS ekspresija.

Kovalento modifikāciju kopumu, cita starpā, tipa un skaita ziņā, kopīgi sauc par histona kodu. Šīs modifikācijas ietver arginīna un lizīna atlieku fosforilēšanu, metilēšanu, acetilēšanu, ubiquitināciju un sumoilēšanu histonu N-galos.

Katras izmaiņas kopā ar citām tajā pašā molekulā vai citu histonu atlikumos, īpaši H3 histonos, noteiks saistītā DNS ekspresiju vai nē, kā arī hromatīna sablīvēšanās pakāpi.

Parasti ir redzams, ka, piemēram, hipermetilēti un hipoacetilēti histoni nosaka, ka saistītais DNS netiek ekspresēts un hromatīns atrodas kompaktākā stāvoklī (heterohromatiski un tāpēc neaktīvi).

Turpretī eihromatiskā DNS (mazāk kompakta un ģenētiski aktīva) ir saistīta ar hromatīnu, kura histoni ir hiperacetilēti un hipometilēti.

Euchromatin vs heterochromatin

Mēs jau esam redzējuši, ka histonu kovalentās modifikācijas statuss var noteikt ekspresijas pakāpi un vietējo hromatīna sablīvēšanos. Globālā līmenī hromatīna sablīvēšanos tāpat regulē ar kovalentām histonu modifikācijām nukleosomās.

Piemēram, ir pierādīts, ka konstitutīvajam heterohromatīnam (kas nekad nav ekspresēts un blīvi iesaiņots) ir tendence piestiprināties pie kodola slāņa, atstājot kodola poras brīvas.

Savukārt konstitutīvs eihromatīns (kas vienmēr tiek izteikts, piemēram, tas, kas ietver šūnu uzturēšanai paredzētus gēnus un atrodas laša hromatīna reģionos), to dara lielās cilpās, kas pakļauj transkribējamajai mašīnai transkribējamo DNS. .

Pārējie genoma DNS reģioni svārstās starp šiem diviem stāvokļiem atkarībā no organisma attīstības laika, augšanas apstākļiem, šūnu identitātes utt.

Citas funkcijas

Lai izpildītu savu šūnu attīstības, ekspresijas un uzturēšanas plānu, eikariotu organismu genomiem ir precīzi jāregulē, kad un kā jāizpaužas to ģenētiskajām iespējām.

Sākot ar informāciju, kas tiek glabāta viņu gēnos, tie atrodas kodolā noteiktos reģionos, kas nosaka to transkripcijas stāvokli.

Tāpēc mēs varam teikt, ka cita no nukleosomu pamatfunkcijām, pateicoties hromatīna izmaiņām, kuras tas palīdz definēt, ir kodola organizācija vai arhitektūra, kurā tie atrodas.

Šī arhitektūra ir iedzimta un filoģenētiski saglabāta, pateicoties šiem informatīvā iepakojuma modulārajiem elementiem.

Atsauces

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Celi (6 ^th Edition). WW Norton & Company, Ņujorka, NY, ASV.
2. Brooker, RJ (2017). Ģenētika: analīze un principi. McGraw-Hill augstākā izglītība, Ņujorka, NY, ASV.
3. Kosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Regulēta nukleosomu mobilitāte un histona kods. Dabas strukturālā un molekulārā bioloģija, 11: 1037-43.
4. Goodenough, UW (1984) Ģenētika. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, ASV.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Ievads ģenētiskās analīzes (11 ^th ed.). Ņujorka: WH Freeman, Ņujorka, NY, ASV.