HETEROCHROMATIN: STRUCTURĂ ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Heterocromatinei este o porțiune a cromatinei (ADN și histone proteine) cromozomi eucariote dens ambalate. De obicei, este asociat cu regiunile „silențioase” ale genomului, adică cu cele care sunt inactive transcripțional.

Heitz, în 1928, a fost primul care a distins două tipuri diferite de cromatină pe cromozomii eucarioti în timpul interfazei, descriind euchromatină și heterochromatină pe baza compactării lor diferențiale.

Organizarea cromatinei în nucleu (sursa: Sha, K. și Boyer, LA 1.45.1, http://www.stembook.org. Via Wikimedia Commons)

Dacă cromozomii eucarioti sunt colorați prin diferite tehnici, specifice ADN-ului, observațiile microscopice dezvăluie că există regiuni ale acestor structuri care colora mai intens decât altele. Aceste regiuni corespund regiunilor hipercompacte ale hetrochromatinei.

Heterochromatinizarea ADN-ului, adică ambalarea acestuia, poate apărea într-o celulă ca răspuns la diferiți factori și poate fi facultativă sau constitutivă.

Heterocromatina constitutivă este o trăsătură permanentă, care este în general moștenită, în timp ce heterocromatina facultativă poate fi sau nu pe un cromozom la un moment dat. Cel mai bun exemplu de heterocromatină constitutivă este cel al unuia dintre cei doi cromozomi X la femei.

În eucariote, heterochromatina „stochează” și „compactează” genomii mari care îi caracterizează, în special acele regiuni care constau în secvențe repetitive, fracțiuni rămase de transpozoni retro invadatori, elemente transpozabile, printre altele.

Structura

Heterochromatina nu are o structură foarte diferită decât cromatina mai puțin densă, euchromatina.

Înțelegând acest lucru, este important să ne amintim că cromozomii eucarioti sunt constituiți dintr-o moleculă de ADN care este asociată cu proteine ​​numite histone. Opt histone formează un nucleu octameric cunoscut sub numele de "nucleozom", în jurul căruia se înfășoară ADN-ul.

Asocierea ADN-ului cu proteinele histonice are loc datorită interacțiunilor electrostatice între sarcinile pozitive ale reziduurilor de bază ale acestor proteine ​​și sarcinile negative ale grupărilor fosfat din structura catenei ADN.

Nucleozomul (Sursa: Nucleosome_structure.png: Lucrarea derivată a Richard Wheeler (Zephyris) (Nucleosome-2.png): Rekymanto prin Wikimedia Commons)

- Octamerul de histone

Fiecare octamer de histone este compus dintr-un tetramer de histone H3 și H4 și din doi dimeri de histone H2A și H2B; Aproximativ 146 de perechi de baze de ADN sunt găzduite în jurul fiecărui nucleu de histone.

Nucleozomii „se apropie” unul de celălalt datorită participării unei alte histone cunoscute sub numele de histonă de unire sau punte (linker, în engleză), care este histona H1.

Cromatina este apoi compusă din nucleozomi succesivi care se compactează pentru a forma o structură fibroasă de grosime mai mare, dar mai mică.

Fiecare proteină histonică este caracterizată de prezența unui „coadă” de aminoacizi care poate suferi modificări enzimatice covalente. S-a constatat că aceste modificări afectează gradul de exprimare sau de reducere la tăcere a genelor asociate cu nucleozomii, precum și nivelul de compactare a cromatinei.

În special, heterochromatina se caracterizează prin hipoxacetilarea histonelor în toate eucariotele și prin metilarea histonei H3 la reziduul de lizină 9, numai pentru eucariote "mai mari".

Enzimele responsabile de efectuarea acestor modificări sunt cunoscute, sub denumirea de histone deacetilaze și histone metiltransferaze.

Pe lângă modificările histonelor, ADN-ul poate fi, de asemenea, metilat, care influențează gradul de compactare a cromatinei și corespunde celui de-al doilea dintre cele două mecanisme epigenetice de organizare a genomului eucariot.

Unde se găsește heterocromatină?

Heterochromatina, așa cum s-a discutat la început, poate fi constitutivă sau facultativă.

Heterocromatina constitutivă este deosebit de abundentă în regiunile genomice care au o densitate ridicată de secvențe repetitive (cum ar fi elementele satelitului, de exemplu), unde există abundente elemente transpunibile tăcute, în regiunile centromerice și în telomere.

Se spune că este constitutivă, deoarece aceste regiuni ale genomului rămân condensate sau compacte în timpul diviziunii celulare. Într-o celulă care nu divizează, pe de altă parte, cea mai mare parte a ADN-ului este euchromatică și există doar câteva regiuni bine definite de heterocromatină constitutivă.

Hetrocromatina facultativă este cea care se găsește la loci care sunt reglați în diferite etape de dezvoltare; deci reprezintă de fapt regiunile „condensate tranzitoriu” care se pot schimba în funcție de semnalele celulare și de activitatea genetică.

Caracteristici

Întrucât heterocromatina este o parte importantă a regiunilor telomerice și centromerice, aceasta exercită funcții transcendentale din punctul de vedere al diviziunii celulare și a protecției capetelor cromozomiale.

Centromerii funcționează activ în timpul diviziunii celulare, permițând cromozomilor dublați să se deplaseze către ambii poli ai celulei divizante, în timp ce restul genelor rămân inactive și compacte.

Compactarea regiunilor specifice de cromozomi eucarioti este sinonimă cu reducerea la tăcere genetică, deoarece faptul că heterochromatina este dens ambalată implică inaccesibilitatea utilajului transcripțional la secvențele genice subiacente.

În ceea ce privește recombinarea, heterochromatina reprimă acest proces, protejând integritatea genomului prin interzicerea recombinării „ilegitime” între secvențele de ADN repetate împrăștiate în genom. Acest lucru este deosebit de important pentru controlul elementelor transpuse „parazite”, care sunt reduse la tăcere prin heterocromatinizare.

Funcții structurale

Până acum câțiva ani se credea că ADN-ul heterocromatic este un fel de „ADN-ul de gunoi”, deoarece oamenii de știință nu au găsit o funcție specifică pentru secvențele incluse în aceste regiuni; Să ne amintim că mai mult de 80% din ADN-ul genomic al unei ființe umane, de exemplu, nu codifică proteinele celulare sau moleculele de ARN cu funcții de reglare.

Cu toate acestea, acum se știe că formarea ADN heterochromatic facultativ este de maximă importanță pentru reglarea multor procese în timpul dezvoltării și creșterii ființelor vii și că regiunile heterocromatine constitutive joacă un rol fundamental din punct de vedere. din punct de vedere structural.

Mulți autori au sugerat că heterocromatina poate avea funcții structurale pe cromozomii eucarioti. Această afirmație se bazează pe faptul că regiunile heterocromatice de pe un cromozom dat porțiuni separate ale acestuia care au modele diferite de „activitate” genetică.

Cu alte cuvinte, regiunile heterochromatice servesc drept „distanțieri” între diferite regiuni active transcripțional, ceea ce poate fi de o importanță deosebită din punctul de vedere al transcrierii genelor situate acolo.

Referințe

1. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). O introducere în analiza genetică. Macmillan.
2. Brown, SW (1966). Heterochromatin. Știință, 151 (3709), 417-425.
3. Elgin, SC, & Grewal, SI (2003). Heterochromatin: tăcerea este aurie. Biologie actuală, 13 (23), R895-R898.
4. Grewal, SI, & Jia, S. (2007). Heterochromatin revizuit. Nature Review Genetics, 8 (1), 35.
5. Grewal, SI, & Moazed, D. (2003). Heterochromatină și controlul epigenetic al expresiei genice. știință, 301 (5634), 798-802.
6. Hennig, W. (1999). Heterochromatin. Cromosom, 108 (1), 1-9.