Chromatyna

Chromatyna to materiał, z którego zbudowane są chromosomy. Jest to kompleks DNA i otaczających białek, które mogą kompresować materiał genetyczny. Zakłócenia struktury chromatyny mogą prowadzić do poważnych chorób.

Co to jest chromatyna?

Chromatyna to mieszanina DNA, histonów i innych białek związanych z DNA. Powstaje z tego kompleks DNA-białko, którego głównymi składnikami są jednak DNA i histony. Nazwa chromatyna wynika z odbarwienia tego kompleksu z podstawowymi barwnikami jądrowymi. Wszystkie eukarionty zawierają chromatynę.

U prokariotów cząsteczki DNA są głównie wolne i tworzą strukturę pierścieniową. U wyższych organizmów eukariotycznych chromatyna jest podstawą chromosomów. Kompleks DNA-białko może kompresować tak bardzo, że wiele informacji genetycznych może być przechowywanych na małej przestrzeni w jądrze komórkowym. Histony to bardzo stare cząsteczki białek, których skład genetyczny i struktura pozostały prawie niezmienione, od eukariotycznych organizmów jednokomórkowych po ludzi.

Anatomia i budowa

Jak już wspomniano, chromatyna składa się z DNA, histonów i innych białek. W ramach tego kompleksu cząsteczka DNA jest owinięta wokół pakietu histonów złożonego z ośmiu histonów. Histony to białka, które składają się z wielu podstawowych aminokwasów.

Grupy aminowe generują ładunek dodatni, podczas gdy cząsteczki DNA mają ujemny ładunek zewnętrzny. Jest to podstawowy warunek tworzenia stałego kompleksu z DNA i histonów. Tak zwany oktamer histonowy (8 histonów) jest owinięty około 1,65 razy podwójną nicią DNA. Da odpowiada długości łańcucha 146 par zasad. W rezultacie DNA można skurczyć od 10 000 do 50 000 razy. Jest to konieczne, aby pasowało do jądra komórkowego. Jednostka owiniętego oktameru histonu jest również znana jako nukleosom. Poszczególne nukleosomy są z kolei połączone ze sobą poprzez histony łącznikowe. W ten sposób powstaje łańcuch nukleosomów, który jako 30-nm włókno reprezentuje wyższą jednostkę organizacyjną DNA.

Nawet w ciasnym upakowaniu DNA może być nadal osiągane przez cząsteczki białek regulatorowych, które umożliwiają odczyt informacji genetycznej i transfer do białek. Jednak nadal należy dokonać rozróżnienia między euchromatyną i heterochromatyną. W przypadku euchromatyny DNA jest aktywne. Znajdują się tu prawie wszystkie aktywne geny kodujące i ekspresjonujące białka. Nie ma różnic strukturalnych w obszarze euchromatyny, niezależnie od stanu kondensacji odpowiedniego chromosomu. Heterochromatyna zawiera nieaktywne lub mniej aktywne kompleksy DNA-białko.

Odpowiada za właściwości strukturalne całej chromatyny. Z kolei heterochromatynę można podzielić na dwie formy. Jest więc konstytutywna i fakultatywna heterochromatyna. Konstytutywna heterochromatyna nigdy nie jest wyrażana. Pełni tylko funkcje strukturalne. Czasami można wyrazić opcjonalną heterochromatynę. W różnych fazach mitozy i mejozy pojawiają się różne poziomy upakowania chromatyny. Tak zwana chromatyna międzyfazowa wykazuje bardzo silne rozluźnienie w porównaniu z chromatyną metafazową, ponieważ większość białek ulega ekspresji w tym stanie.

Funkcja i zadania

Zadaniem chromatyny jest umieszczenie informacji genetycznej w bardzo małej przestrzeni jądra komórkowego. Jest to możliwe tylko dzięki utworzeniu bardzo mocno upakowanego kompleksu DNA-białko. Konieczne jest jednak, aby występowały różne poziomy kondensacji. Chociaż kompleks jest bardzo ciasno upakowany w cichej i nieaktywnej fazie, musi być bardziej zrelaksowany w bardziej aktywnych fazach. Ale nawet tutaj paczka jest nadal bardzo napięta.

Aby aktywować syntezę białek, silne wiązanie między odpowiednimi segmentami DNA i owiniętym histonem musi zostać przerwane. Związane histony blokują DNA przed ekspresją białek. Różne stany wiązania mogą również generować różne aktywności genów. Komórki różnicują się w trakcie procesów epigenetycznych. Informacje genetyczne DNA są takie same w różnych komórkach ciała, ale czynności podczas ekspresji genów są różne, tak że różne typy komórek również przejmują różne zadania.

Choroby

Błędy w strukturze chromatyny mogą prowadzić do poważnych chorób. Błędy te mogą powodować zmiany w aktywności genów, które zaburzają harmonię w interakcji komórek organizmu. Są to często bardzo rzadkie choroby o bardzo podobnych objawach.

Osoby dotknięte chorobą cierpią na fizyczne wady rozwojowe i upośledzenie umysłowe. Mechanizmy powodujące te objawy są nadal zbyt mało znane. Jednak badanie tych zależności jest konieczne, aby móc leczyć te choroby w najlepszy możliwy sposób. Dwie typowe choroby, których przyczyną są zaburzenia chromatyny, to zespół Coffina-Sirisa i zespół Nicolaidesa-Baraitsera. Obie choroby mają podłoże genetyczne. W zespole Coffina-Sirisa występuje wrodzona hipoplazja kości palców rąk i nóg, niski wzrost i upośledzenie umysłowe. Istnieją różne mutacje, które wywołują tę chorobę, które są odpowiedzialne za pewne podjednostki kompleksu DNA-białko.

Istnieją zarówno wzory dziedziczenia autosomalnego recesywnego, jak i autosomalnego dominującego. Leczenie ma charakter objawowy i zależy od specyficznych objawów choroby. Zespół Nicolaidesa-Baraitsera ma również podobne objawy. Oprócz niskiego wzrostu i zniekształceń palców dochodzi tutaj również do poważnego upośledzenia umysłowego i drgawek. Dziedziczenie jest autosomalne dominujące. Stan ten występuje bardzo rzadko i dotyka jedną na milion osób. Innym rzadkim schorzeniem dziedzicznym związanym z zaburzeniami chromatyny jest zespół Cornelia de Lange. Zespół ten wykazuje również wiele fizycznych wad rozwojowych i zaburzeń rozwoju psychicznego.