Хроматин

Хроматин - це матеріал, з якого складаються хромосоми. Це комплекс ДНК і навколишніх білків, які можуть стискати генетичний матеріал. Порушення структури хроматину можуть призвести до серйозних захворювань.

Що таке хроматин?

Хроматин - це суміш ДНК, гістонів та інших білків, пов'язаних з ДНК. З цього утворюється ДНК-білковий комплекс, основними компонентами якого, однак, є ДНК та гістони. Назва хроматину є результатом знебарвлення цього комплексу основними ядерними барвниками. Всі еукаріоти містять хроматин.

У прокаріотів молекули ДНК переважно вільні і утворюють кільцеву структуру. У вищих еукаріотичних істот хроматин є основою хромосом. ДНК-білковий комплекс може стискати стільки, що в маленькому просторі в ядрі клітини може зберігатися багато генетичної інформації. Гістони - це дуже давні молекули білка, генетичний склад і структура яких майже не змінилася від еукаріотичних одноклітинних організмів до людини.

Анатомія та структура

Як вже було сказано, хроматин складається з ДНК, гістонів та інших білків. У рамках цього комплексу молекула ДНК обмотується навколо пакета гістонів, що складається з восьми гістонів. Гістони - це білки, які складаються з багатьох основних амінокислот.

Аміногрупи генерують позитивний заряд, тоді як молекули ДНК мають негативний зовнішній заряд. Це основна вимога до утворення твердого комплексу з ДНК та гістонів. Так званий октамер гістону (8 гістонів) обмотується у 1,65 рази подвійною ланцюжком ДНК. Da відповідає довжині ланцюга з 146 пар основ. В результаті ДНК може бути зменшена в 10 000 - 50 000 разів. Це необхідно для того, щоб воно вписувалося в ядро ​​клітини. Одиниця загорнутого октамера гістону також відома як нуклеосома. Окремі нуклеосоми в свою чергу з'єднані між собою за допомогою лінкерних гістонів. Таким чином утворюється ланцюг нуклеосом, які в якості 30 нм волокна являють собою вищу організаційну одиницю ДНК.

Навіть у межах щільної упаковки ДНК все ще може бути досягнута регуляторними молекулами білка, які дозволяють зчитувати генетичну інформацію та передавати її білкам. Однак слід розрізняти еухроматин та гетерохроматин. З Евхроматином активна ДНК. Майже всі активні гени, що кодують та експресують білки, розташовані тут. Немає структурних відмінностей в області евхроматину, незалежно від стану конденсації відповідної хромосоми. Гетерохроматин містить неактивні або менш активні ДНК-білкові комплекси.

Він відповідає за структурні властивості загального хроматину. Гетерохроматин, у свою чергу, можна розділити на дві форми. Так є конститутивний і факультативний гетерохроматин. Конститутивний гетерохроматин ніколи не виражається. Він має лише структурні функції. Необов'язковий гетерохроматин іноді може бути виражений. У різні фази мітозу та мейозу виникають різні рівні упаковки хроматину. Так званий інтерфазний хроматин демонструє дуже сильне розслаблення порівняно з метафазним хроматином, оскільки більшість білків експресується в цьому стані.

Функція та завдання

Функція хроматину полягає в розміщенні генетичної інформації в дуже малому просторі клітинного ядра. Це можливо лише через утворення дуже щільно упакованого ДНК-білкового комплексу. Однак необхідно, щоб були різні рівні конденсації. Хоча комплекс дуже щільно упакований у тиху та неактивну фазу, він повинен бути більш розслабленим у більш активних фазах. Але навіть тут пачка все ще дуже тісна.

Для активізації синтезу білка необхідно міцну зв’язок між відповідними сегментами ДНК і загорнутим гістоном. Зв'язані гістони блокують ДНК з експресуючими білками. Різні стани зв'язування можуть також генерувати різні дії генів. Клітини диференціюються в ході епігенетичних процесів. Генетична інформація ДНК однакова в різних клітинах організму, але діяльність під час експресії генів різна, так що різні типи клітин також беруть на себе різні завдання.

Хвороби

Помилки в структурі хроматину можуть призвести до серйозних захворювань. Ці помилки можуть призвести до зрушень у діяльності генів, які порушують гармонію взаємодії клітин організму. Це часто дуже рідкісні захворювання з дуже схожою симптоматикою.

Постраждалі люди страждають від фізичних вад розвитку та психічних вад. Механізми, що викликають ці симптоми, поки ще недостатньо відомі. Однак дослідження цих взаємозв'язків необхідні для того, щоб можна було лікувати ці захворювання найкращим чином. Дві типові захворювання, що ґрунтуються на хроматинових розладах, - це синдром Коффіна-Сіріса та синдром Ніколаїда-Барайтера. Обидва захворювання є генетичними. При синдромі Коффіна-Сіріса виникає вроджена гіпоплазія кісток пальця рук і ніг, низький зріст та розумова відсталість. Існують різні мутації, що викликають це захворювання, які відповідають за певні субодиниці ДНК-білкового комплексу.

Існують як аутосомно-рецесивні, так і аутосомно-домінантні структури успадкування. Лікування симптоматичне і залежить від конкретних симптомів захворювання. Синдром Nicolaides-Baraitser також має подібні симптоми. Окрім низького зросту та мальформації пальців, тут також виникають сильна розумова відсталість і судоми. Спадщина є аутосомно-домінантним. Стан дуже рідкісний, вражаючи одного мільйона людей. Іншим рідкісним спадковим станом, пов’язаним із розладом хроматину, є синдром Корнелії де Ланге. Цей синдром також виявляє багато фізичних вад розвитку та розладів психічного розвитку.