НУКЛЕОЗОМ: ФУНКЦИЈЕ, САСТАВ И СТРУКТУРА - БИОЛОГИЈА - 2025

Нуклеазома је основна јединица паковање ДНК у еукариотским организмима. Стога је најмањи компресијски елемент за хроматин.

Нуклеосом је изграђен као октамер протеина званих хистони, или бубњаста структура на којој је намотано око 140 нт ДНК, чинећи скоро два потпуна завоја.

Нуклеозомска структура

Поред тога, додатних 40-80 нт ДНК сматра се делом нуклеозома, а део ДНК омогућава физички континуитет између једног нуклеозома и другог у сложенијим кроматинским структурама (као што је 30 нм хроматинско влакно).

Хистонски код био је један од првих молекуларно најбоље разуметих епигенетских контролних елемената.

Карактеристике

Нуклеозоми омогућавају:

• Паковање ДНК да се уклопи у ограничени простор језгра.
• Они одређују поделу између хроматина који је експримиран (еухроматин) и тихог кроматина (хетерохроматин).
• Они организују сав хроматин и просторно и функционално у језгру.
• Представљају супстрат ковалентних модификација које одређују експресију и ниво експресије гена који кодирају протеине кроз такозвани хистонски код.

Састав и структура

У свом најосновнијем смислу, нуклеозоми се састоје од ДНК и протеина. ДНК може да буде практично било који дволанкасти ДНК присутан у језгру еукариотске ћелије, док нуклеозомски протеини сви припадају скупу протеина који се називају хистони.

Хистони су мали протеини са великим оптерећењем остатака основних аминокиселина; То омогућава сузбијање високог негативног набоја ДНК и успостављање ефикасне физичке интеракције између два молекула без постизања крутости ковалентне хемијске везе.

Хистони формирају октамер налик бубњу са две копије или мономера сваког од хистона Х2А, Х2Б, Х3 и Х4. ДНК чини скоро два потпуна обртаја на странама октамера, а затим наставља са делом линкер ДНК који се повезује са хистоном Х1, да би се вратио да би се добила два потпуна завоја на другом хистонском октамеру.

Скуп октамера, придружена ДНК и њен одговарајући ДНА везник је нуклеосом.

Сабијање хроматина

Геномска ДНК се састоји од изузетно дугих молекула (више од метра код људи, с обзиром на све њихове хромозоме), који се морају сабијати и организовати унутар изузетно малог језгра.

Први корак у овом збијању се изводи формирањем нуклеосома. Само овим кораком, ДНК се компакује око 75 пута.

То ствара линеарно влакно из којег се граде следећи нивои сабијања хроматина: влакна 30 нм, петље и петље петље.

Када се ћелија дели, или митозом или мејозом, крајњи степен сабијања је сам митотски или мејотички хромозом.

Хистонски код и експресија гена

Чињеница да хистонски октамери и ДНК електростатички делују, објашњава делом њихову ефикасну повезаност, а да притом не изгуби флуидност потребну да нуклеозоми постану динамички елементи за сабијање и распадање хроматина.

Али постоји још изненађујући елемент интеракције: Н-терминални крајеви хистона изложени су изван унутрашњости компактнијег и инертнијег октамера.

Ови крајеви не само да физички делују у интеракцију са ДНК, већ подлежу и низу ковалентних модификација од којих ће зависити степен сабијања хроматина и експресија придружене ДНК.

Скуп ковалентних модификација, у погледу врсте и броја, између осталог, колективно је познат као хистонски код. Ове модификације укључују фосфорилацију, метилацију, ацетилацију, убиквитацију и сумоилацију остатака аргинина и лизина на Н-термининима хистона.

Свака промена, заједно са другима унутар истог молекула или у остацима других хистона, посебно хистона Х3, одређује експресију придружене ДНК или не, као и степен сабијања хроматина.

Као опште правило, примећено је, на пример, да хиперметилирани и хипоацетилирани хистони одређују да повезана ДНК није експримирана и да је хроматин присутан у компактнијем стању (хетерохроматски, а самим тим и неактиван).

Супротно томе, еухроматична ДНК (мање компактна и генетски активна) повезана је са хроматином чији су хистони хиперацетилирани и хипометилирани.

Еухроматин вс хетерохроматин

Већ смо видели да статус ковалентне модификације хистона може одредити степен експресије и локално сабијање хроматина. На глобалном нивоу, сабијање хроматина такође се регулише ковалентним модификацијама хистона у нуклеосомима.

На пример, показано је да конститутивни хетерохроматин (који се никада не изражава и густо је упакован) има тенденцију да се причврсти на нуклеарну ламину, остављајући нуклеарне поре слободним.

Са своје стране, конститутивни еухроматин (који се увек изражава, као што је онај који укључује гене за одржавање ћелија, а налази се у регионима лаког хроматина), то чини у великим петљама које откривају да се ДНК транскрибира у транскрипционе машине .

Остале регије геномске ДНК осцилирају између ова два стања у зависности од времена развоја организма, услова раста, ћелијског идентитета итд.

Остале функције

Да би испунили свој план за развој, изражавање и одржавање ћелија, геноми еукариотских организама морају фино регулисати када и како се њихове генетске потенцијале морају показати.

Полазећи од података сачуваних у њиховим генима, они се налазе у језгру у одређеним регионима која одређују њихово стање транскрипције.

Стога можемо рећи да је још једна од основних улога нуклеозома, кроз промене хроматина које помаже да се дефинишу, организација или архитектура језгра које их смешта.

Ова архитектура је наслијеђена и филогенетски је очувана захваљујући постојању ових модуларних елемената информатичке амбалаже.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, АД, Левис, Ј., Морган, Д., Рафф М, Робертс, К., Валтер, П. (2014) Молецулар Биологи оф тхе Целл (6 тх Едитион). ВВ Нортон & Цомпани, Нев Иорк, НИ, САД.
2. Броокер, РЈ (2017). Генетика: анализа и принципи. МцГрав-Хилл Хигх Едуцатион, Нев Иорк, НИ, УСА.
3. Цосгрове, МС, Боеке, ЈД, Волбергер, Ц. (2004). Регулисана покретљивост нуклеозома и хистонски код. Природна структурална и молекуларна биологија, 11: 1037-43.
4. Гооденоугх, УВ (1984) Генетицс. ВБ Саундерс Цо. Лтд, Пкиладелпхиа, ПА, УСА.
5. Гриффитхс, АЈФ, Весслер, Р., Царролл, СБ, Доеблеи, Ј. (2015). Ан Интродуцтион то Генетиц Аналисис (11 ^тх ед.). Нев Иорк: ВХ Фрееман, Нев Иорк, НИ, УСА.