NUKLEOSOMOS: FUNKCIJOS, SUDĖTIS IR STRUKTŪRA - BIOLOGIJA - 2025

Nukleosoma yra pagrindinis pakavimo vienetas DNR eukariotinių organizmų. Todėl tai yra mažiausias chromatino suspaudimo elementas.

Nukleosoma yra pastatyta kaip baltymų oktameras, vadinamas histonais, arba būgno formos struktūra, ant kurios suvyniota apie 140 nt DNR, atliekant beveik du pilnus posūkius.

Nukleosomų struktūra

Be to, laikoma, kad nukleosomos dalimi yra papildomi 40–80 nt DNR, ir tai yra DNR dalis, leidžianti fizinį tęstinumą tarp vienos nukleosomos ir kitos sudėtingesnėse chromatino struktūrose (tokiose kaip 30 nm chromatino pluoštas).

Histono kodas buvo vienas iš pirmųjų molekuliškai geriausiai suprantamų epigenetinės kontrolės elementų.

funkcijos

Nukleosomos leidžia:

• DNR pakuotė, kad tilptų ribotoje branduolio erdvėje.
• Jie nustato pasiskirstymą tarp išreikšto chromatino (euchromatinas) ir tylausjo chromatino (heterochromatino).
• Jie branduolyje suorganizuoja visą chromatiną tiek erdviniu, tiek funkciniu požiūriu.
• Jie atspindi kovalentinių modifikacijų, lemiančių genų, koduojančių baltymus, vadinamuoju histono kodu, raišką ir išraiškos lygį.

Sudėtis ir struktūra

Pačia pagrindine prasme, nukleosomos yra sudarytos iš DNR ir baltymų. DNR gali būti praktiškai bet kokia dvigubos juostos DNR, esanti eukariotinės ląstelės branduolyje, tuo tarpu nukleosominiai baltymai priklauso baltymų, vadinamų histonais, rinkiniui.

Histonai yra maži baltymai, turintys daug bazinių aminorūgščių liekanų; Tai leidžia neutralizuoti didelį neigiamą DNR krūvį ir užmegzti efektyvią fizinę sąveiką tarp dviejų molekulių, nepasiekiant kovalentinės cheminės jungties standumo.

Histonai sudaro į būgną panašų oktamerį su dviem kiekvieno H2A, H2B, H3 ir H4 histonų kopijomis arba monomerais. DNR daro beveik du pilnus posūkius oktamerio šonuose ir paskui tęsia dalį linkerio DNR, kuri asocijuojasi su histonu H1, kad grįžtų du pilnus posūkius į kitą histono oktamerį.

Oktamerų rinkinys, susijusi DNR ir ją atitinkanti jungiančioji DNR, yra nukleosoma.

Chromatino tankinimas

Genominę DNR sudaro ypač ilgos molekulės (daugiau nei metras žmonėms, atsižvelgiant į visas jų chromosomas), kurios turi būti sutankintos ir sutvarkytos ypač mažame branduolyje.

Pirmasis šio sutankinimo žingsnis atliekamas formuojant nukleosomas. Vien tik atlikus šį veiksmą, DNR sutankinama maždaug 75 kartus.

Dėl to susidaro linijinis pluoštas, iš kurio gaunami vėlesni chromatino tankinimo lygiai: 30 nm pluoštas, kilpos ir kilpų kilpos.

Kai ląstelė dalijasi per mitozę arba per mejozę, didžiausias sutankinimo laipsnis yra atitinkamai pati mitozinė arba mejozinė chromosoma.

Histono kodas ir genų raiška

Tai, kad histono oktamerai ir DNR sąveikauja elektrostatiškai, iš dalies paaiškina jų veiksmingą ryšį, neprarandant skysčio, reikalingo nukleosomų dinaminiams elementams sudaryti, kad chromatinas būtų sutankinamas ir skaidomas.

Tačiau yra dar labiau stebinantis sąveikos elementas: histonų N-galiniai galai yra eksponuojami kompaktiškesnio ir inertiškesnio oktamero viduje.

Šie galai ne tik fiziškai sąveikauja su DNR, bet ir patiria daugybę kovalentinių modifikacijų, nuo kurių priklausys chromatino sutankėjimo laipsnis ir susijusios DNR išraiška.

Kovalentinių modifikacijų rinkinys, be kita ko, tipo ir skaičiaus atžvilgiu, bendrai žinomas kaip histono kodas. Šios modifikacijos apima arginino ir lizino liekanų fosforilinimą, metilinimą, acetilinimą, ubikvitinavimą ir sumoilinimą histonų N galuose.

Kiekvienas pakeitimas kartu su kitais tos pačios molekulės viduje ar kitų histonų, ypač H3 histonų, liekanose lems susijusios DNR ekspresiją ar ne, taip pat chromatino sutankėjimo laipsnį.

Paprastai, pavyzdžiui, buvo pastebėta, kad dėl hipermetilinto ir hipoacetilinto histono nustatoma, kad susijusi DNR nėra ekspresuojama ir kad chromatinas yra kompaktiškesnės būklės (heterochromatinis, taigi neaktyvus).

Priešingai, euchromatinė DNR (mažiau kompaktiška ir genetiškai aktyvi) yra susijusi su chromatinu, kurio histonai yra hiperacetilinami ir hipometiliuojami.

Euchromatinas vs heterochromatinas

Mes jau matėme, kad histonų kovalentinės modifikacijos būsena gali nulemti išraiškos laipsnį ir vietinį chromatino tankinimą. Pasauliniu mastu chromatino tankinimą taip pat reguliuoja kovalentinės histonų modifikacijos nukleosomose.

Pavyzdžiui, buvo įrodyta, kad konstitucinis heterochromatinas (kuris niekada nėra ekspresuojamas ir yra tankiai supakuotas) linkęs prisijungti prie branduolio sluoksnio, paliekant branduolio poras laisvas.

Savo ruožtu konstitucinis euchromatinas (kuris visada yra ekspresuojamas, toks, kuris apima ląstelių palaikymo genus ir yra laisvojo chromatino regionuose), tai daro didelėmis kilpomis, kurios išskiria DNR, kurią reikia perrašyti į transkripcijos mechanizmą. .

Kiti genomo DNR regionai svyruoja tarp šių dviejų būsenų, priklausomai nuo organizmo vystymosi laiko, augimo sąlygų, ląstelių tapatumo ir kt.

Kitos funkcijos

Eukariotinių organizmų genomai, norėdami įvykdyti savo ląstelių vystymosi, ekspresijos ir palaikymo planą, turi tiksliai sureguliuoti, kada ir kaip turi pasireikšti jų genetinės galimybės.

Pradedant nuo jų genuose saugomos informacijos, jie yra branduolyje tam tikruose regionuose, kurie nustato jų transkripcijos būseną.

Todėl galime pasakyti, kad kitas esminis nukleosomų vaidmuo, keičiantis chromatinui, kurį jis padeda apibrėžti, yra branduolio, kuriame jie yra, organizacija arba architektūra.

Ši architektūra yra paveldėta ir filogenetiškai išsaugota dėka šių modulinių informacinės pakuotės elementų.

Nuorodos

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6 ^-asis leidimas). „WW Norton & Company“, Niujorkas, NY, JAV.
2. Brookeris, RJ (2017). Genetika: analizė ir principai. McGraw-Hill aukštasis mokslas, Niujorkas, NY, JAV.
3. Cosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Reguliuojamas nukleosomų mobilumas ir histono kodas. Gamtos struktūrinė ir molekulinė biologija, 11: 1037-43.
4. Goodenough, UW (1984) genetika. „WB Saunders Co. Ltd“, Pkiladelphia, PA, JAV.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Įvadas į genetinę analizę (11 ^-asis leidimas). Niujorkas: WH Freeman, Niujorkas, NY, JAV.