NUCLEOZOM: FUNCȚII, COMPOZIȚIE ȘI STRUCTURĂ - BIOLOGIE - 2025

Nucleozomul este unitatea de ambalare de bază a ADN - ului în organisme eucariote. Prin urmare, este cel mai mic element de compresie pentru cromatină.

Nucleozomul este construit ca un octamer de proteine ​​numite histone, sau o structură în formă de tambur pe care se înfășoară aproximativ 140 nt de ADN, făcând aproape două viraje complete.

Structura nucleozomilor

În plus, un ADN de 40-80 nt suplimentar este considerat a face parte din nucleosom și este fracția de ADN care permite continuitatea fizică între un nucleozom și altul în structuri de cromatină mai complexe (cum ar fi fibra de cromatină de 30 nm).

Codul histonic a fost unul dintre primele elemente de control epigenetic cel mai bine înțelese molecular.

Caracteristici

Nucleozomii permit:

• Ambalarea ADN-ului pentru a se încadra în spațiul limitat al nucleului.
• Acestea determină partiția dintre cromatina care este exprimată (euchromatină) și cromatina silențioasă (heterocromatină).
• Ei organizează toată cromatina atât spațial cât și funcțional în nucleu.
• Ele reprezintă substratul modificărilor covalente care determină expresia și nivelul de expresie al genelor care codifică proteinele prin așa-numitul cod histon.

Compoziție și structură

În sensul său de bază, nucleozomii sunt alcătuiți din ADN și proteine. ADN-ul poate fi practic orice ADN cu bandă dublă prezentă în nucleul celulei eucariote, în timp ce proteinele nucleosomice aparțin tuturor setului de proteine ​​numite histone.

Histonele sunt proteine ​​mici, cu o încărcătură mare de reziduuri de aminoacizi de bază; Acest lucru face posibilă contracararea încărcăturii negative ridicate a ADN-ului și stabilirea unei interacțiuni fizice eficiente între cele două molecule, fără a atinge rigiditatea legăturii chimice covalente.

Histonele formează un octamer asemănător unui tambur cu două copii sau monomeri din fiecare dintre histonele H2A, H2B, H3 și H4. ADN-ul face aproape două rotiri complete pe laturile octamerului și apoi continuă cu o fracțiune de ADN-ul de legătură care se asociază cu histona H1, pentru a reveni pentru a da două viraje complete pe o altă histonă octamer.

Setul octamer, ADN asociat și ADN-ul său de legătură corespunzător, este un nucleozom.

Compactarea cromatinei

ADN-ul genomic este format din molecule extrem de lungi (mai mult de un metru în cazul oamenilor, având în vedere toate cromozomii lor), care trebuie compactate și organizate într-un nucleu extrem de mic.

Primul pas în această compactare este realizat prin formarea de nucleozomi. Doar cu acest pas, ADN-ul este compactat de aproximativ 75 de ori.

Aceasta dă naștere unei fibre liniare din care sunt create niveluri ulterioare de compactare a cromatinei: fibra de 30 nm, buclele și buclele buclelor.

Atunci când o celulă se divide, fie prin mitoză, fie prin meioză, gradul final de compactare este cromozomul mitotic sau, respectiv, meiotic.

Codul histonului și expresia genelor

Faptul că octamerii histonici și ADN-ul interacționează electrostatic explică parțial asocierea lor eficientă, fără a pierde fluiditatea necesară pentru a face nucleozomi elemente dinamice pentru compactarea și decompactarea cromatinei.

Există însă un element de interacțiune și mai surprinzător: capetele N-terminale ale histonelor sunt expuse în afara interiorului octamerului mai compact și inert.

Aceste scopuri nu numai că interacționează fizic cu ADN-ul, dar suferă și o serie de modificări covalente de care va depinde gradul de compactare a cromatinei și expresia ADN-ului asociat.

Setul de modificări covalente, în termeni de tip și număr, printre altele, este cunoscut sub denumirea de cod histon. Aceste modificări includ fosforilarea, metilarea, acetilarea, ubiquitinarea și sumoilarea reziduurilor de arginină și lizină la extremitatea N a histonelor.

Fiecare schimbare, împreună cu altele din aceeași moleculă sau în reziduurile altor histone, în special histonele H3, vor determina expresia sau nu a ADN-ului asociat, precum și gradul de compactare a cromatinei.

Ca regulă generală, s-a văzut, de exemplu, că histonele hipermetilate și hipoacetilate determină că ADN-ul asociat nu este exprimat și că cromatina este prezentă într-o stare mai compactă (heterochromatică și, prin urmare, inactivă).

În schimb, ADN-ul euchromatic (mai puțin compact și genetic activ) este asociat cu o cromatină ale cărei histone sunt hiperacetilate și hipometilate.

Eucromatină vs heterocromatină

Am văzut deja că starea de modificare covalentă a histonelor poate determina gradul de expresie și compactarea locală a cromatinei. La nivel global, compactarea cromatinei este de asemenea reglată prin modificări covalente ale histonelor din nucleozomi.

De exemplu, s-a demonstrat că heterocromatina constitutivă (care nu este niciodată exprimată și este împachetată dens) tinde să fie atașată de lamina nucleară, lăsând liber porii nucleari.

La rândul său, euchromatina constitutivă (care este întotdeauna exprimată, cum ar fi cea care include genele pentru întreținerea celulelor și este localizată în regiuni de cromatină laxă), face acest lucru în bucle mari care expun ADN-ul pentru a fi transcris în mașina de transcriere. .

Alte regiuni ale ADN-ului genomic oscilează între aceste două stări în funcție de timpul de dezvoltare al organismului, condițiile de creștere, identitatea celulară etc.

Alte funcții

Pentru a-și îndeplini planul de dezvoltare, exprimare și întreținere celulară, genomele organismelor eucariote trebuie să regleze fin când și cum trebuie să se manifeste potențialele lor genetice.

Pornind de la informațiile stocate în genele lor, acestea sunt localizate în nucleu în anumite regiuni care determină starea lor transcripțională.

Putem spune, așadar, că un alt dintre rolurile fundamentale ale nucleozomilor, prin modificările cromatinei pe care le ajută să le definească, este organizarea sau arhitectura nucleului care le găzduiește.

Această arhitectură este moștenită și este conservată filogenetic datorită existenței acestor elemente modulare ale ambalajului informațional.

Referințe

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell ( ediția ^a 6- ^a ). WW Norton & Company, New York, NY, SUA.
2. Brooker, RJ (2017). Genetică: analiză și principii. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, SUA.
3. Cosgrove, MS, Boeke, JD, Wolberger, C. (2004). Mobilitatea nucleozomului reglat și codul histonei. Nature Structural & Molecular Biology, 11: 1037-43.
4. Goodenough, UW (1984) Genetică. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, SUA.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). O introducere în analiza genetică ( ediția ^a 11- ^a ). New York: WH Freeman, New York, NY, SUA.