Эухроматин
Слабо упакованная форма хроматина, обогащенная генами
Различие между эухроматином и гетерохроматином

Эухроматин (также называемый « открытым хроматином ») — это слегка упакованная форма хроматина ( ДНК , РНК и белок ), которая обогащена генами и часто (но не всегда) находится в процессе активной транскрипции . Эухроматин отличается от гетерохроматина , который плотно упакован и менее доступен для транскрипции. 92% генома человека является эухроматическим. [1]

У эукариот эухроматин составляет наиболее активную часть генома в ядре клетки . У прокариот эухроматин является единственной присутствующей формой хроматина; это указывает на то, что структура гетерохроматина развилась позже вместе с ядром , возможно, как механизм для обработки увеличивающегося размера генома.

Структура

Эухроматин состоит из повторяющихся субъединиц, известных как нуклеосомы , напоминающие развернутый набор бусин на нитке, диаметром приблизительно 11 нм. [2] В основе этих нуклеосом лежит набор из четырех пар гистоновых белков: H3 , H4 , H2A и H2B . [2] Каждый основной гистоновый белок обладает «хвостовой» структурой, которая может варьироваться несколькими способами; считается, что эти вариации действуют как «главные переключатели управления» через различные состояния метилирования и ацетилирования , которые определяют общее расположение хроматина. [2] Около 147 пар оснований ДНК намотаны вокруг гистоновых октамеров, или чуть меньше 2 оборотов спирали. [3] Нуклеосомы вдоль цепи связаны друг с другом через гистон, H1 , [4] и короткий промежуток открытой линкерной ДНК , в диапазоне от 0 до 80 пар оснований. Ключевое различие между структурой эухроматина и гетерохроматина заключается в том, что нуклеосомы в эухроматине расположены гораздо более широко, что обеспечивает более легкий доступ различных белковых комплексов к цепи ДНК и, таким образом, повышает транскрипцию генов . [2]

Появление

Микроскопия гетерохроматиновых и эухроматиновых ядер ( окраска гематоксилином и эозином ).

Эухроматин напоминает набор бусин на нитке при большом увеличении. [2] Издалека он может напоминать клубок спутанных ниток, например, в некоторых визуализациях электронного микроскопа . [5] Как в оптической, так и в электронной микроскопии эухроматин выглядит светлее гетерохроматина , который также присутствует в ядре и выглядит темным [6] из-за своей менее компактной структуры. [5] При визуализации хромосом , например, в кариограмме , для окрашивания хромосом используется цитогенетическое окрашивание . Цитогенетическое окрашивание позволяет нам видеть, какие части хромосомы состоят из эухроматина или гетерохроматина, чтобы различать хромосомные подсекции, неровности или перестройки. [7] Одним из таких примеров является окрашивание G , также известное как окрашивание по Гимзе , при котором эухроматин выглядит светлее гетерохроматина. [8]

Внешний вид гетерохроматина и эухроматина при различных методах визуализации [8] [9] [10] [11] [12] [2]
Гимза (G-) полосатыйОбратная (R-) полосатостьКонститутивное гетерохроматиновое (С-) окрашиваниеХинакриновое (Q-) окрашиваниеТеломерная R (T-)-полосатость
ЭухроматинЗажигалкаТемнееЗажигалкаТупойСвет
ГетерохроматинТемнееЗажигалкаТемнееЯркий (флуоресцентный)Темнее (Слабый)

Функция

Схематическая кариограмма человека , показывающая обзор генома человека с использованием G-бэндинга , метода, включающего окрашивание по Гимзе , при котором более светлые окрашенные области, как правило , более эухроматичны, тогда как более темные области, как правило, более гетерохроматичны.

Транскрипция

Эухроматин участвует в активной транскрипции ДНК в продукты мРНК . Развернутая структура позволяет генным регуляторным белкам и комплексам РНК-полимеразы связываться с последовательностью ДНК, которая затем может инициировать процесс транскрипции. [ 2] Хотя не весь эухроматин обязательно транскрибируется, поскольку эухроматин делится на транскрипционно активные и неактивные домены, [13] эухроматин все еще обычно связан с активной транскрипцией генов. Таким образом, существует прямая связь между тем, насколько активно продуктивна клетка, и количеством эухроматина, которое можно найти в ее ядре.

Считается, что клетка использует трансформацию из эухроматина в гетерохроматин как метод контроля экспрессии и репликации генов , поскольку такие процессы ведут себя по-разному на плотно уплотненном хроматине. Это известно как «гипотеза доступности». [14] Одним из примеров конститутивного эухроматина, который «всегда включен», являются гены домашнего хозяйства , которые кодируют белки, необходимые для основных функций выживания клетки. [15]

Эпигенетика

Эпигенетика включает в себя изменения в фенотипе , которые могут быть унаследованы без изменения последовательности ДНК. Это может происходить через многие типы взаимодействий с окружающей средой. [16] Что касается эухроматина, посттрансляционные модификации гистонов могут изменить структуру хроматина, что приводит к изменению экспрессии генов без изменения ДНК. [17] Кроме того, было показано, что потеря гетерохроматина и увеличение эухроматина коррелируют с ускоренным процессом старения , особенно при заболеваниях, которые, как известно, напоминают преждевременное старение . [18] Исследования показали эпигенетические маркеры на гистонах для ряда дополнительных заболеваний. [19] [20]

Регулирование

Эухроматин в первую очередь регулируется посттрансляционными модификациями гистонов его нуклеосом , проводимыми многими ферментами, модифицирующими гистоны . Эти модификации происходят на N-концевых хвостах гистонов , которые выступают из структуры нуклеосомы, и, как считается, привлекают ферменты, чтобы либо поддерживать хроматин в его открытой форме, как эухроматин, либо в его закрытой форме, как гетерохроматин . [21] Ацетилирование гистонов , например, обычно связано со структурой эухроматина, тогда как метилирование гистонов способствует ремоделированию гетерохроматина. [22] Ацетилирование делает группу гистонов более отрицательно заряженной, что, в свою очередь, нарушает ее взаимодействие с цепью ДНК, по сути «открывая» цепь для более легкого доступа. [21] Ацетилирование может происходить на нескольких остатках лизина N-концевого хвоста гистона и в различных гистонах одной и той же нуклеосомы, что, как полагают, дополнительно увеличивает доступность ДНК для факторов транскрипции . [21]

Фосфорилирование гистонов — еще один метод, с помощью которого регулируется эухроматин. [21] Это, как правило, происходит на N-концевых хвостах гистонов, однако некоторые сайты присутствуют в ядре. [21] Фосфорилирование контролируется киназами и фосфатазами , которые добавляют и удаляют фосфатные группы соответственно. Это может происходить на остатках серина , треонина или тирозина , присутствующих в эухроматине. [21] [22] Поскольку фосфатные группы, добавленные к структуре, будут включать отрицательный заряд, это будет способствовать более расслабленной «открытой» форме, подобной ацетилированию. [22] Что касается функциональности, фосфорилирование гистонов связано с экспрессией генов, восстановлением повреждений ДНК и ремоделированием хроматина . [22]

Другим методом регуляции, который включает отрицательный заряд, тем самым благоприятствуя «открытой» форме, является рибозилирование АДФ . [22] Этот процесс добавляет одну или несколько единиц АДФ-рибозы к гистону и участвует в пути ответа на повреждение ДНК . [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Международный консорциум по секвенированию генома человека (октябрь 2004 г.). «Завершение эухроматической последовательности генома человека». Nature . 431 (7011): 931–945. Bibcode :2004Natur.431..931H. doi : 10.1038/nature03001 . PMID  15496913. S2CID  186242248.
  2. ^ abcdefg Babu A, Verma RS (январь 1987). Bourne GH, Jeon KW, Friedlander M (ред.). "Структура хромосомы: эухроматин и гетерохроматин". International Review of Cytology . 108. Academic Press: 1–60. doi :10.1016/s0074-7696(08)61435-7. ISBN 978-0-12-364508-1. PMID  2822591.
  3. ^ "Определение: нуклеосома/нуклеосомы". Scitable Nature Education . Получено 2021-10-06 .
  4. ^ Mobley AS (январь 2019). «Глава 4 — Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки». В Mobley AS (ред.). Нейронные стволовые клетки и нейрогенез у взрослых . Academic Press. стр. 67–94. ISBN 978-0-12-811014-0.
  5. ^ ab "Клетка. 4. Ядро. Хроматин. Атлас гистологии растений и животных". mmegias.webs.uvigo.es . Получено 2021-12-02 .
  6. ^ Enukashvily NI (январь 2013). "Глава вторая - Спутниковая ДНК млекопитающих: говорящий немой". В Donev R, Ponomartsev NV (ред.). Advances in Protein Chemistry and Structural Biology . Organization of Chromosomes. Vol. 90. Academic Press. pp. 31–65. doi :10.1016/B978-0-12-410523-2.00002-X. ISBN 978-0-12-410523-2. PMID  23582201.
  7. ^ Shen CH (январь 2019). "Глава 13 - Молекулярная диагностика хромосомных нарушений". В Shen CH (ред.). Диагностическая молекулярная биология . Academic Press. стр. 331–358. doi :10.1016/B978-0-12-802823-0.00013-4. ISBN 978-0-12-802823-0. S2CID  131915096.
  8. ^ ab "Giemsa banding". Статьи по биологии, учебные пособия и словарь онлайн . 2019-10-07 . Получено 2021-12-02 .
  9. ^ "Обратное полосатость - Определение и примеры - Биологический онлайн-словарь". Статьи по биологии, учебные пособия и онлайн-словарь . 2020-09-18 . Получено 2021-12-02 .
  10. ^ "Конститутивное гетерохроматиновое окрашивание". Статьи по биологии, учебные пособия и словарь онлайн . 2019-10-07 . Получено 2021-12-02 .
  11. ^ "Акриновая полоса". Статьи по биологии, учебные пособия и словарь онлайн . 2019-10-07 . Получено 2021-12-02 .
  12. ^ "T-banding". Статьи по биологии, учебные пособия и словарь онлайн . 2019-10-07 . Получено 2021-12-02 .
  13. ^ Verschure PJ, van Der Kraan I, Manders EM, van Driel R (октябрь 1999 г.). «Пространственная связь между сайтами транскрипции и территориями хромосом». The Journal of Cell Biology . 147 (1): 13–24. doi :10.1083/jcb.147.1.13. PMC 2164981. PMID  10508851 . 
  14. ^ Muegge K (2003-04-01). "Модификации гистоновых ядер и хвостов при рекомбинации V(D)J". Genome Biology . 4 (4): 211. doi : 10.1186/gb-2003-4-4-211 . PMC 154571. PMID  12702201 . 
  15. ^ Eisenberg E, Levanon EY (октябрь 2013 г.). «Гены домашнего хозяйства человека, пересмотр». Trends in Genetics . 29 (10): 569–574. doi :10.1016/j.tig.2013.05.010. PMID  23810203.
  16. ^ Arney KL, Fisher AG (сентябрь 2004 г.). «Эпигенетические аспекты дифференциации». Journal of Cell Science . 117 (Pt 19): 4355–4363. doi :10.1242/jcs.01390. PMID  15331660. S2CID  24376600.
  17. ^ Singh NP, Madabhushi SR, Srivastava S, Senthilkumar R, Neeraja C, Khosla S, Mishra RK (май 2011 г.). «Эпигенетический профиль эухроматиновой области Y-хромосомы человека». Nucleic Acids Research . 39 (9): 3594–3606. doi :10.1093/nar/gkq1342. PMC 3089472. PMID  21252296 . 
  18. ^ Wang J, Jia ST, Jia S (май 2016 г.). «Новые взгляды на регуляцию гетерохроматина». Trends in Genetics . 32 (5): 284–294. doi :10.1016/j.tig.2016.02.005. PMC 4842111. PMID 27005444  . 
  19. ^ Симмонс Д. (2008). «Эпигенетические влияния и болезни». Nature Education . 1 (1): 6. Получено 2021-12-02 .
  20. ^ Alaskhar Alhamwe B, Khalaila R, Wolf J, von Bülow V, Harb H, Alhamdan F и др. (2018-05-23). ​​«Модификации гистонов и их роль в эпигенетике атопии и аллергических заболеваний». Аллергия, астма и клиническая иммунология . 14 (1): 39. doi : 10.1186/s13223-018-0259-4 . PMC 5966915. PMID  29796022 . 
  21. ^ abcdef Bannister AJ, Kouzarides T (март 2011). «Регуляция хроматина модификациями гистонов». Cell Research . 21 (3): 381–395. doi :10.1038/cr.2011.22. PMC 3193420 . PMID  21321607. 
  22. ^ abcdef Singh D, Nishi K, Khambata K, Balasinor NH (январь 2020 г.). «Введение в эпигенетику: основные концепции и достижения в этой области». В Tollefsbol T (ред.). Epigenetics and Reproductive Health . Translational Epigenetics. Vol. 21. Academic Press. pp. xxv–xliv. doi :10.1016/B978-0-12-819753-0.02001-8. ISBN 978-0-12-819753-0. S2CID  235031860.

Дальнейшее чтение

  • Формирование гетерохроматина включает изменения в модификациях гистонов на протяжении нескольких поколений клеток – Катан-Хайкович Ю., Струль К. (июнь 2005 г.). «Формирование гетерохроматина включает изменения в модификациях гистонов на протяжении нескольких поколений клеток». Журнал EMBO . 24 (12): 2138–2149. doi :10.1038/sj.emboj.7600692. PMC 1150886. PMID  15920479 . 
  • Chromatin Velocity выявляет эпигенетическую динамику путем профилирования гетерохроматина и эухроматина в отдельных клетках – Tedesco M, Giannese F, Lazarevic D, Giansanti V, Rosano D, Monzani S, et al. (октябрь 2021 г.). «Chromatin Velocity выявляет эпигенетическую динамику путем профилирования гетерохроматина и эухроматина в отдельных клетках». Nature Biotechnology . 40 (2): 235–244. doi :10.1038/s41587-021-01031-1. hdl : 11368/3007419 . PMID  34635836. S2CID  238637962.
  • Эпигенетическое наследование и отсутствующая наследуемость – Trerotola M, Relli V, Simeone P, Alberti S (июль 2015 г.). «Эпигенетическое наследование и отсутствующая наследуемость». Human Genomics . 9 (1): 17. doi : 10.1186/s40246-015-0041-3 . PMC 4517414 . PMID  26216216. 
  • Гистоновые эпигенетические метки в гетерохроматине и эухроматине переносчика болезни Шагаса, Triatoma infestans – Alvarenga EM, Rodrigues VL, Moraes AS, Naves LS, Mondin M, Felisbino MB, Mello ML (май 2016 г.). «Гистоновые эпигенетические метки в гетерохроматине и эухроматине переносчика болезни Шагаса, Triatoma infestans». Acta Histochemica . 118 (4): 401–412. doi :10.1016/j.acthis.2016.04.002. PMID  27079857.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Эухроматин&oldid=1186913795#Структура"