Xromatin

Xromatin— Xromatin,eukariotikhüceyrələrdəolan bir DNT, protein və RNT kompleksidir. Əsas funksiyası uzun DNT molekullarını daha kompakt, daha sıx strukturlara qablaşdırmaqdır. Bu, tellərin dolaşmasına mane olur və hüceyrə bölünməsi zamanı DNT-nin möhkəmləndirilməsində, DNT zədələnməsinin qarşısının alınmasında və gen köçrülməsinin və DNT replikasiyasının tənzimlənməsində mühüm rol oynayır. Mitoz və meyoz zamanı xromatin anafazda xromosomların düzgün quruluşunu asanlaşdırır; bu mərhələdə görünənxromosomlarınxarakterik formaları, DNT-nin yüksək qatılaşdırılmış xromatinə bükülməsinin nəticəsidir.
Xromatinin əsas protein komponentləri, DNT-yə bağlanan və iplərin sarıldığı "lövbər" kimi fəaliyyət göstərən histonlardır. Ümumiyyətlə, xromatin təşkilatının üç səviyyəsi vardır:
Lakin bir çoxorqanizmbu təşkilati qanunauyğunluqları izləmir. Məsələn,quşlarınspermavəeritrositlərindəəksər eukarotik hüceyrələrə nisbətən daha sıx dolu xromatin var və tripanosomatoid protozoa xromatinlərini görünən xromosomlara ümumiyyətlə qatışdırmır. Prokarotik hüceyrələr DNT-lərini təşkil etmək üçün tamamilə fərqli strukturlara malikdirlər (prokarotik xromosomun ekvivalenti genofor adlanır və nükleoid bölgəsində yerləşir).
Xromatin şəbəkəsinin ümumi quruluşu əlavə olaraq hüceyrə dövrünün mərhələsindən asılıdır. İnterfaza zamanı xromatin, DNT-ni köçürən və təkrarlayan RNT və DNT polimerazlarına daxil olmaq üçün struktur olaraq boşdur. Interfaza zamanı xromatinin lokal quruluşu DNT-də mövcud olan xüsusi genlərdən asılıdır. Aktiv olaraq köçürülən ("açılmış") DNT-lərin bölgələri daha az sıx və euxromatin olaraq bilinən bir quruluşda RNT polimerazları ilə yaxından əlaqələndirilir, hərəkətsiz genləri olan ("söndürülmüş") bölgələr isə ümumiyyətlə daha sıxlaşır və heteroxromatindəki struktur zülallarla əlaqələndirilir. Metilasyon və asetilasyon yolu ilə struktur xromatin zülallarının epigenetik modifikasiyası da yerli kromatin quruluşunu və dolayısı ilə gen ifadəsini dəyişdirir. Xromatin şəbəkələrinin quruluşu hal-hazırda yaxşı öyrənilməyib və molekulyarbiologiyadaaktiv tədqiqat sahəsi olaraq qalır.
Xromatin hüceyrə dövrü ərzində müxtəlif struktur dəyişikliklərinə məruz qalır. Histon zülalları xromatinin əsas qablaşdırıcıları və təşkilatçılarıdır və xromatin qablaşdırmasını dəyişdirmək üçün müxtəlif post-translational modifikasiyalarla dəyişdirilə bilər (histon modifikasiyası). Dəyişikliklərin əksəriyyəti histonların quyruqlarında olur. Xromatinin mövcudluğu və sıxılma baxımından nəticələri həm dəyişdirilmişamin turşusundan, həm də modifikasiya növündən asılıdır. Məsələn, histonların asetilasiyası boşalma və replikasiya və transkripsiya üçün xromatinin mövcudluğunun artmasına səbəb olur. Lisin trimetilasyonu ya artan transkripsiya aktivliyinə (histon H3 lizin 4 trimetilasyonu), ya da transkripsiyal repressiyaya və xromatinin sıxılmasına (histon H3 lizin 9 və ya 27-nin trimetilasyonu) səbəb ola bilər. Bir neçə tədqiqat fərqli dəyişikliklərin eyni vaxtda baş verə biləcəyini göstərdi. Məsələn, erkənməməlilərininkişafında ikitərəfli bir quruluşun (histon H3-də lizin 4 və 27 trimetilasyonu ilə) iştirak etdiyi irəli sürülmüşdür.
Polikom qrup zülalları, kromatin quruluşunu modulyasiya edərək gen tənzimlənməsində rol oynayır.
Təbiətdə DNT üç quruluş meydana gətirə bilər: A-, B- və Z-DNT. A- və B-DNT çox oxşardır, sağ əlli zəncirlar əmələ gətirir, Z-DNT isə ziqzaq fosfat onurğa sütununa sahib bir sol spiraldir. B-və Z-DNT arasındakı bağlama xüsusiyyətlərinə görə Z-DNT-nin xromatin quruluşunda və transkripsiyada xüsusi rol oynadığına inanılır.
B və Z-DNA qovşağında bir baza cütü normal bağlanmadan qopur. İkiqat rol oynayırlar: bir çox zülalın tanınma yeri və RNT polimeraz və ya nükleosomların bağlanmasından bükülmə stresini qəbul edən.
Xromatinin əsas təkrarlanan elementi, yeri həlldəki saf DNT-dən daha qısa olan birləşdirici DNT hissələri ilə bir-birinə bağlı olan nükleosomdur.
Nüvəhistonlarına əlavə olaraq, nükleosomdakı DNT zolağının çıxışı girişi ilə əlaqə quran bir bağlayıcı histon H1 var. Nükleosomun nüvə hissəciyi, histon H1 ilə birlikdə xromosom olaraq bilinir. Bağlayıcı DNT-nin tərkibində təxminən 20 ilə 60 baza cütü olan nukleozomlar, fizioloji olmayan şərtlər altında hər tel üçün təxminən 10 nm muncuq əmələ gətirə bilər.
Nükleozomlar, ümumi DNT paketindəki funksiyalarının tələb etdiyi kimi DNT-ni spesifik olaraq birləşdirir. Bununla birlikdə, nükleosomların yerini təyin edən DNT ardıcıllığı üçün böyük üstünlüklər var. Bu, ilk növbədə fərqli DNT ardıcıllığının fərqli fiziki xüsusiyyətlərindən qaynaqlanır: məsələn, adenin (A) və timin (T) daxili kiçik yivlərdə daha müsbət şəkildə sıxılır. Bu, nükleosomların əsasən hər 10 baza cütü (DNT zəncir təkrarı) ətrafında bir vəziyyətdə bağlana biləcəyi deməkdir.
H1 əlavə edildikdə, iplikdəki boncukların quruluşu, öz növbəsində, 30 nm lif və ya ip olaraq bilinən, 30 nm diametrli bir zəncir bir quruluşa çevrilir. Xromatin lifinin hüceyrədəki dəqiq quruluşu təfərrüatlı bilinmir.
Bu səviyyəli xromatin quruluşunun, əsasən transkripsiyasına görə səssiz genləri ehtiva edən bir heteroxromatinin bir forması olduğuna inanılır.Elektron mikroskopiktədqiqatlar göstərir ki, 30 nm lif çox dinamikdir, beləliklə transkripsiyada iştirak edənRNT polimerazındankeçərkən 10 nm muncuq ipi lifli quruluşa çevrilir.
Mövcud modellər ümumiyyətlə nükleosomların lif oxuna dik olduğunu və bağlayıcı histonların içəridə yerləşdiyini fərz edirlər. Sabit 30 nm lif DNT boyunca nukleosomların nizamlı düzülüşünə əsaslanır. Bağlayıcı DNT əyilməyə və dönməyə nisbətən davamlıdır. Bu, bağlayıcı DNT-nin uzunluğunu lif sabitliyi üçün kritik hala gətirir, nükleosomların DNT-də lazımsız stres olmadan fırlanaraq istənilən istiqamətə qatlanmasına imkan verən uzunluqlara ayrılmasını tələb edir. Bu baxımdan bağlayıcı DNT-nin fərqli uzunluqları, xromatin lifinin fərqli qatlanan topologiyalarına səbəb olmalıdır. Yenidən qurulmuş liflərin elektron mikroskopiya şəkillərinə əsaslanan son nəzəri işlər bu nöqteyi-nəzərdən dəstəkləyir .
Xromatinin nüvənin içində yerləşməsi təsadüfi deyil — müəyyən ərazilərdə xromatinin müəyyən sahələrinə rast gəlmək olar. Ərazilər, məsələn, protein kompleksləri ilə bir-birinə bağlanan lamino ilə əlaqəli sahələr (LAD) və topoloji cəhətdən əlaqəli sahələrdir (TAD). Hal-hazırda Strings & Binders Switch (SBS) modeli və Dynamic Loop (DL) modeli kimi polimer modelləri nüvə içərisində kromatin qatlanmasını təsvir etmək üçün istifadə olunur.
Xromatin və fermentlər ilə qarşılıqlı əlaqəsi araşdırılmış və bunun gen ekspresyonunda vacib bir amil olduğu qənaətinə gəlinmişdir. Rockefeller Universitetinin professoru Vincent G. Alfrey, RNT sintezinin histon asetilasyonla əlaqəli olduğunu bildirdi. Histonların uclarına yapışmış amin turşusu lizin müsbət yüklənmişdir. Bu quyruqların asetilasiyası, kromatinin uclarını neytral hala gətirərək DNT-yə giriş imkanı verir.
Kromatin dekondensasiya edildikdə, DNT molekulyar mexanizmlər tərəfindən nüfuz etməyə açıqdır. Açıq və qapalı xromatin arasındakı dalğalanmalar transkripsiyanı kəsə və ya transkripsiyanı poza bilər. Transkripsiya faktorları komplekslərinin xromatinlə birləşməsi və ayrılması kimi digər amillərin də iştirakı ehtimal olunur. Bu fenomen, transkripsiyanın sadə ehtimal modellərindən fərqli olaraq, izogen populyasiyaların hüceyrələri arasında gen ifadəsinin yüksək dəyişkənliyini izah edə bilər.
Çoxhüceyrəliheyvanlardaspermiogenez zamanı spermatid xromatin daha aralı, genişlənmiş, demək olar ki, kristal quruluşa çevrilir. Bu proses transkripsiyanın ləğvi ilə əlaqələndirilir və nüvə zülallarının mübadiləsini əhatə edir. Histonlar daha çox yerdəyişir və yerinə protaminlər (argininlə zəngin kiçik zülallar) qoyulur. Histonları olmayan maya bölgələrində transkripsiyadan sonra çox kövrək olacağı güman edilir; HMG qutusu zülalı olan HMO1, nükleosomsuz kromatinin sabitləşməsinə kömək edir.
Eukariotik DNT-nin xromatinə qablaşdırılması, fermentlərin təsir sahələrinə cəlb edilməsini tələb edən bütün DNT əsaslı proseslər üçün bir maneədir. Hüceyrə DNT təmirinin kritik prosesini həll etmək üçün kromatinin yenidən qurulması lazımdır. Eukariotlarda ATP-yə bağlı xromatin yenidən qurma kompleksləri və histonu dəyişdirənfermentlərbu yenidənqurma prosesi üçün istifadə olunan iki əsas amildir.
DNT zədələnmə yerində xromatin rahatlaması sürətlə baş verir. Bu proses, DNT-nin bir saniyədən az bir müddətdə zədələndiyi zaman görünməyə başlayan PARP1 zülalı tərəfindən başlanır, zədələnmədən sonra 1,6 saniyə ərzində maksimum yığılma yarısıdır. Yenidənqurma kromatin Alc1 daha sonra PARP1 məhsuluna sürətlə yapışır və zədələnmədən sonra 10 saniyə ərzində DNT zədələnməsinə çatır. Alc1 təsiri səbəbindən maksimum xromatin rahatlamasının təxminən yarısı 10 saniyədən sonra baş verir . Bu, MRE11 DNA təmir fermentinin 13 saniyə ərzində DNA təmirinə başlamaq üçün istifadə edilməsinə imkan verir.
2H2AX, fosforillənmiş H2AX forması, DNT zədələnməsindən sonra xromatinin dekondensasiyasına səbəb olan ilk mərhələlərdə də iştirak edir. Histon H2AX variantı insan kromatinindəki H2A histonlarının təxminən 10% -ni təşkil edir. γH2AX (serin 139 tərəfindən fosforillənmiş H2AX) hüceyrələrin şüalanmasından 20 saniyə sonra (ikiqat zəncirli DNT qırılmasının əmələ gəlməsi ilə) aşkar edilə bilər və maksimum γH2AX yığılmasının yarısı bir dəqiqədə baş verir. Fosforlaşdırılmış γH2AX olan xromatinin ölçüsü, ikiqat telli DNT qırılmasında təxminən iki milyon baz cütüdür. Öz-özlüyündə, γH2AX xromatin dekondensasiyasına səbəb olmur, lakin şüalandıqdan sonra 30 saniyə ərzində RNF8 zülalı γH2AX ilə əlaqəli olaraq aşkar edilə bilər. RNF8, bir nukleosom yenidən qurma komponenti və NuRD deasetilaz kompleksi ilə sonrakı qarşılıqlı əlaqəsi sayəsində geniş kromatin dekondensasiyası təmin edir .
DNT zədələnməsindən sonra rahatlandıqdan sonra DNT-nin düzəldilməsindən sonra xromatin təxminən 20 dəqiqə ərzində zərərdən əvvəl səviyyəyə yaxın bir sıxılma vəziyyətinə gətirilir.
Genom boyu xromatin vəziyyətlərini təyin etmək üçün müxtəlif histon modifikasiyalarına qarşı yönəldilmiş ChIP-seq (xromatin immunoprecipitasiya ardıcıllığı) istifadə edilə bilər. Müxtəlif dəyişikliklər fərqli xromatin halları ilə əlaqələndirilmişdir.
Dekondensasiya olunmuş interfazalı xromosomların mahiyyətcə işarəsiz qalması bir sirr idi. Təbii ümid budur ki, ikiqat telli DNT hissələrinin bir-birindən keçməsinə imkan verən tip II DNT topoizomerazları olduqda, bütün xromosomlar topoloji tarazlıq vəziyyətinə çatmalıdır. Xromosomal ərazilər əmələ gətirən çox sıxlıqda olan fazalararası xromosomlarda topoloji tarazlıq yüksək düyünlü xromatin liflərinin əmələ gəlməsinə səbəb olmalıdır. Bununla birlikdə, xromosomların (3C) konformasiyasını tutma üsulları, interfaazalı xromosomlarda genom məsafəsi ilə təmasların məhv edilməsinin qlobusun qırışmış vəziyyəti ilə praktik olaraq eynisini təşkil etdiyini, uzun polimerlər meydana gəlmədən yoğuşduqda meydana gəldiyini göstərir. hər hansı bir qovşaq. Düyünlərin çox sıx olduğu kromatindən çıxarılması, sistemi topoloji tarazlıqdan çıxarmaq üçün yalnız enerji verməməli, həm də topoizomerazın vasitəçiliyi ilə parçalanmaları düyünlər əvəzinə düyünlərin effektiv şəkildə ayrılması üçün aktiv bir proses tələb edir. düyünləri daha da mürəkkəbləşdirir. Xromatin ilmə ekstruziyası prosesinin interfazalı xromosomlarda xromatin liflərinin aktiv birləşməsi üçün ideal olduğu göstərilmişdir.
DNT kondensasiyası, in vitro və ya in vivo şəkildə DNA molekullarının sıxlaşma prosesinə aiddir. [1] DNT qablaşdırma mexanizminin təfərrüatları, canlı sistemlərdə gen tənzimlənməsi prosesində işləməsi üçün vacibdir. Kondensasiya olunmuş DNT tez-tez klassik seyreltilmiş məhlul konsepsiyasından proqnozlaşdırıla bilməyən inanılmaz xüsusiyyətlərə malikdir. Beləliklə, in vitro DNT kondensasiyası fizika, biyokimya və biologiyadakı bir çox proses üçün nümunə sistemdir. [2] Bundan əlavə, DNT kondensasiyasının tibb və biotexnologiyada bir çox potensial tətbiqi vardır. [bir]
DNT-nin diametri təxminən 2 nm-dir və genişlənmiş tək bir molekulun uzunluğu orqanizmə görə bir neçə on santimetrə çata bilər. DNT cüt sarmalının bir çox xüsusiyyəti şəkər-fosfat onurğa sütununun mexaniki xüsusiyyətləri, fosfatlar arasındakı elektrostatik itələmə (DNT ikiqat sarmalın hər 0,17 nm üçün orta hesabla bir elementar mənfi yük daşıyır), üstəlik hər bir fərdi ipin əsasları ilə iplik-iplik qarşılıqlı əlaqələri. DNT ən sərt təbii polimerlərdən biridir, eyni zamanda ən uzun molekullardan biridir. Bu o deməkdir ki, uzun məsafələrdə DNT-yə çevik bir ip, qısa bir miqyasda isə sərt bir çubuq kimi baxıla bilər. Bir bağ hortumu kimi, təsadüfi olaraq paketdən çıxarılan DNT, sifariş verildiyindən daha çox həcm alır. Riyazi olaraq, üç ölçülü fəzada təsadüfi səpələnən qarşılıqlı əlaqəsi olmayan çevik bir zəncir üçün ucdan uca məsafə polimer uzunluğunun kvadrat kökü kimi ölçülür. DNA kimi həqiqi polimerlər üçün bu, çox kobud bir təxmindir; vacib olan in vivo DNA üçün mövcud yerin məhluldakı sərbəst diffuziya vəziyyətində tutacağı yerdən qat-qat az olmasıdır. Həcm məhdudiyyətlərinin öhdəsindən gəlmək üçün DNT ionlar və digər molekullarla uyğun həll şəraitində özünü qablaşdıra bilər. Ümumiyyətlə DNT kondensasiyası "genişlənmiş DNT zəncirlərinin yalnız bir və ya bir neçə molekulu ehtiva edən kompakt sifarişli hissəciklərə çevrilməsi" olaraq təyin edilir [3]. Bu tərif bir çox in vitro vəziyyətə aiddir və eyni zamanda bakteriyalardakı DNT kondensasiyasının "mövcud həcmin bir hissəsini tutan nisbətən konsentrasiyalı, kompakt bir vəziyyətin qəbul edilməsi" kimi tərifinə yaxındır [4]. Ökaryotlarda DNT-nin ölçüsü və iştirak edən digər oyunçuların sayı daha böyükdür və DNT molekulu, bir çox DNT qablaşdırma səviyyəsindən yalnız birincisi olan milyonlarla nizamlanmış nükleoprotein hissəciklərini, nükleosomları meydana gətirir. [bir]
Valter Fleminq tərəfindən hazırlanan bu terminin bir neçə mənası var:
Birinci tərif, molekulu yoğuran hər hansı bir DNT ilə əlaqələndirən zülallardan istifadə edərək bakteriyalar və arxeylər kimi həyatın digər sahələrində "xromatin" tərifinə imkan verir. Bu zülallara ümumiyyətlə nukleoidlə əlaqəli zülallar (NAP) deyilir; nümunələrə HU ilə AsnC / LrpC daxildir. Bundan əlavə, bəziarxeylərhəqiqətən homoloji olan eukarotik histonlardan zülallardan nükleosomlar istehsal edirlər.