Хроматин

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 29 марта 2025 года; проверки требуют 20 правок.
Перейти к навигации Перейти к поиску
See More

Хроматин (от греч. χρώμα «цвета; краски») — это сложный комплекс ДНК, белков (преимущественно гистонов) и РНК, формирующих основу хромосом в ядрах эукариотических клеток. Археи также имеют хроматин, но его структура отличается от эукариотического. Их ДНК упакована с помощью гистонов, которые формируют вариабельные нуклеосомоподобные структуры[1]. Однако в отличие от эукариот, где нуклеосомы представляют собой стабильные октамеры (по 2 молекулы белков-гистонов H2A, H2B, H3, H4), у архей гистоны образуют димеры, способные собираться в цепочки нефиксированной длины. В более широком смысле хроматином также иногда называют также и вещество нуклеоида у бактерий[1].

Именно в составе хроматина происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК[2].

До 25—40% сухого веса хроматина составляют гистоновые белки[3]. Гистоны являются компонентом нуклеосом, надмолекулярных структур, участвующих в упаковке хромосом. Нуклеосомы располагаются довольно регулярно, так что образующаяся структура напоминает бусы (собственно нуклеосомы) на нити (ДНК). Как говорилось выше, нуклеосома представляет собой гетерооктамер, включающий в себя по 2 молекулы каждого из ко́ровых гистонов: H2A, H2B, H3 и H4. Также существует линкерный гистон H1, более крупный, чем ко́ровые гистоны; он связывается с ДНК в месте её входа на нуклеосому[4].

По классическим представлениям, нить ДНК с нуклеосомами образует нерегулярную соленоид-подобную структуру толщиной около 30 нанометров, так называемую 30-нм фибриллу. В настоящее время, однако, показано, что 30-нм фибрилла является артефактом исследований in vitro, в клетках нуклеосомная фибрилла (у эукариот и некоторых архей) или непосредственно ДНК (у бактерий и некоторых архей) складывается в нерегулярные петлевые и глобулярные структуры, которые в ряде случаев имеют регуляторное значение[5]. Дальнейшая упаковка может иметь различную плотность. Если хроматин упакован плотно, его называют конденсированным или гетерохроматином, он хорошо видим под микроскопом. ДНК, находящаяся в гетерохроматине не транскрибируется, обычно это состояние характерно для незначащих или молчащих участков. В интерфазе гетерохроматин обычно располагается по периферии ядра (пристеночный гетерохроматин). Полная конденсация хромосом происходит перед делением клетки.

Задача, которая реализуется в клетках эукариот, -это упаковать длинную молекулу ДНК в относительно малое по объёму ядро. В процессе упаковки собственно и участвуют гистоны, формирующие нуклеосомы и изменяющие степень компактизации хроматина, а также регулируют уровень экспрессии генов в той или иной области ДНК, что важно в контексте ткане-специфичной экспрессии генов.

Уровни упаковки ДНК:

  • Нуклеосомный уровень: ДНК обвивает октамер гистонов (по 2 молекулы H2A, H2B, H3, H4), образуя структуру, похожую на «бусы». Это сокращает длину ДНК в 6–7 раз.
  • Соленоидный уровень: Нуклеосомы скручиваются в спираль диаметром ~30 нм (хроматиновая фибрилла). Современные исследования ставят под сомнение универсальность этой модели.
  • Топологически ассоциированные домены (ТАДы): Участки хроматина, объединённые в функциональные кластеры. В активных ТАДах идёт транскрипция, в неактивных — гены «молчат».
  • Хроматиновые петли: Сближают регуляторные элементы с генами, контролируя их активность

Если хроматин упакован неплотно, его называют эу- или интерхроматином. Этот вид хроматина гораздо менее плотный при наблюдении под микроскопом и обычно характеризуется транскрипционной активностью. Плотность упаковки хроматина во многом определяется модификациями гистонов — ацетилированием, фосфорилированием, метилированием и другими модификациями.

Считается, что в ядре существуют так называемые функциональные домены хроматина (ДНК одного домена содержит приблизительно 30 тысяч пар оснований), то есть каждый участок хромосомы имеет собственную «территорию». Вопрос пространственного распределения хроматина в ядре изучен пока недостаточно. Известно, что теломерные (концевые) и центромерные (отвечающие за связывание сестринских хроматид в митозе) участки хромосом закреплены на белках ядерной ламины.

Классификация хроматина

[править | править код]

Участки хроматина различаются по ряду взаимосвязанных параметров: уровню конденсации, активности, функциям, модификациям гистонов и др. Для систематизации широко используется деление на деконденсированный активный эухроматин и конденсированный неактивный гетерохроматин, последний подразделяют на конститутивный и факультативный. Кроме того, разработаны более детальные классификации, основывающиеся преимущественно на модификациях гистонов и рассматривающие активность и плотность хроматина как их производные. Применение в геномике нашли системы цветовой маркировки типов хроматина: 5-цветная[6] и 9-цветная[7].

Одним из известных примеров конститутивного гетерохроматина служит инактивированная Х-хромосома в клетках женщин, также известная как тельце Барра.

Открытый хроматин

[править | править код]
Основная статья: Открытый хроматин

Открытый хроматин — это области ДНК, лишенные нуклеосом и гиперчувствительные к обработке ДНКазой I. Области открытого хроматина часто связаны с регуляторными участками ДНК.

Схема конденсации хроматина

[править | править код]

Петли

[править | править код]

Хроматин в геноме человека содержит около 10 тысяч петель, они способны исчезать и появляться снова. Предполагается, что петли способны участвовать в активации генов. Возникновению петель способствуют два белка: CTCF и когезин[8].

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 Из чего же сделан хроматин архей? Дата обращения: 21 апреля 2022. Архивировано 15 мая 2022 года.
  2. ↑ Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика. — 1. — Новосибирск: Издательство Новосибирского университета, 2002. — 459 с. — 2000 экз. — ISBN 5761505096.
  3. ↑ Биологический энциклопедический словарь / Гл.ред. М.С.Гиляров. — М.: Сов. энциклопедия, 1986. — 831 с.
  4. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. Molecular Biology of the Cell. — 5. — Garland Science, 2008. — 1392 с. — ISBN 0815341059.
  5. ↑ Razin S. V., Gavrilov A. A. Chromatin without the 30-nm fiber: constrained disorder instead of hierarchical folding. (англ.) // Epigenetics. — 2014. — May (vol. 9, no. 5). — P. 653—657. — doi:10.4161/epi.28297. — PMID 24561903. [исправить]
  6. ↑ Filion G. J., van Bemmel J. G., Braunschweig U., Talhout W., Kind J., Ward L. D., Brugman W., de Castro I. J., Kerkhoven R. M., Bussemaker H. J., van Steensel B. Systematic protein location mapping reveals five principal chromatin types in Drosophila cells. (англ.) // Cell. — 2010. — 15 October (vol. 143, no. 2). — P. 212—224. — doi:10.1016/j.cell.2010.09.009. — PMID 20888037. [исправить]
  7. ↑ Kharchenko P. V., Alekseyenko A. A., Schwartz Y. B., Minoda A., Riddle N. C., Ernst J., Sabo P. J., Larschan E., Gorchakov A. A., Gu T., Linder-Basso D., Plachetka A., Shanower G., Tolstorukov M. Y., Luquette L. J., Xi R., Jung Y. L., Park R. W., Bishop E. P., Canfield T. K., Sandstrom R., Thurman R. E., MacAlpine D. M., Stamatoyannopoulos J. A., Kellis M., Elgin S. C., Kuroda M. I., Pirrotta V., Karpen G. H., Park P. J. Comprehensive analysis of the chromatin landscape in Drosophila melanogaster. (англ.) // Nature. — 2011. — 24 March (vol. 471, no. 7339). — P. 480—485. — doi:10.1038/nature09725. — PMID 21179089. [исправить]
  8. ↑ Эрез Либерман Эйден. Распутать геном // В мире науки. — 2019. — № 5-6. — С. 58-66.

Литература

[править | править код]

См. также

[править | править код]
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Хроматин&oldid=144640958