Next: Histony i nukleosomy Up: Organizacja chromatyny Previous: Organizacja chromatyny   Spis rzeczy

Wprowadzenie

Jedną z zasadniczych cech organizmów eukariotycznych jest obecność jądra, czyli przedziału komórkowego zawierającego materiał genetyczny. Powoduje to, że wszelkie procesy molekularne związane z DNA takie jak replikacja, rekombinacja i transkrypcja zachodzą w wydzielonej przestrzeni wewnątrzkomórkowej. Również i inne etapy ekspresji genów nie związane z DNA, jak następująca równocześnie z transkrypcją lub po niej obróbka RNA, zachodzą wewnątrz jądra komórkowego. Na terenie jądra DNA podlega wieloetapowemu, hierarchicznemu procesowi kondensacji, dzięki któremu jego długość, zbliżająca się u wyższych eukariontów po całkowitym rozprostowaniu do kilku metrów, ulega pozornemu skróceniu o 10- do 50000 rzędów wielkości (Spencer i Dave, 1999; Pikaard 1998). Kondensacja genomowego DNA stwarza potencjalny problem zapewnienia jednoczesnego (lecz selektywnego) dostępu dla czynników białkowych do sekwencji genowych i regulatorowych zawartych w DNA równocześnie z szybką i efektywną przebudową struktur DNA zwiniętego wewnątrz jądra i wchodzącego w bliski kontakt z białkami kondensującymi Do wytworzenia tychże struktur nukleoproteinowych (noszących nazwę chromatyny) dochodzi w pierwszym rzędzie poprzez oddziaływania DNA z silnie zasadowymi białkami histonami (van Holde, 1989; Ramakrishnan, 1997). W wyniku tych oddziaływań tworzy się podstawowa jednostka strukturalna chromatyny nukleosom (Kornberg, 1974; Olins i Olins, 1974). Nukleosom jest głównym elementem procesu zwijania DNA wewnątrz jądra i zarazem kluczowym czynnikiem warunkującym dostęp do DNA. Cząstki nukleosomowe zawierające DNA i histony widoczne są pod mikroskopem elektronowym jako koraliki (ang. beads-on-a-string) o średnicy 10 nm, ulokowane na 2 nanometrowej nici DNA (Oudet i wsp., 1975). Każdy koralik stanowi cząstkę rdzeniową nukleosomu zawierającą DNA o długości ok. 146 par zasad nawinięty w blisko dwu zwojach na oktameryczny rdzeń białkowy złożony z dwóch cząsteczek histonów H2A, H2B, H3 i H4. Piąty histon, noszący nazwę łącznikowego lub histonu H1, wiąże się do nukleosomu i ułatwia organizowanie się nukleosomów w strukturę wyższego rzędu, włókno 30 nm. Histony podlegają modyfikacjom posttranslacyjnym, takim jak acetylacja i fosforylacja, co ma znaczenie dla kontroli transkrypcji i regulacji cyklu komórkowego, a także ogólnej i lokalnej struktury chromatyny (Ramakrishnan, 1997). Generalnie chromatyna kompetentna transkrypcyjnie ma strukturę rozluźnioną, co w obrazie spod mikroskopu elektronowego widoczne jest jako miejsca jasne. Taka struktura nosi ogólną nazwę euchromatyny. Jej przeciwieństwem jest ciemna i gęsta elektronowo struktura nieaktywnej transkrypcyjnie heterochromatyny.

Rola chromatyny w zjawiskach związanych z DNA, takich jak transkrypcja, ważnych dla właściwego przebiegu procesów różnicowania i rozwoju komórek oraz organizmów nie ogranicza się tylko do funkcji biernego rusztowania utrudniającego lub uniemożliwiającego zachodzenie tychże zjawisk. Do zajścia tych procesów konieczne jest współdziałanie statycznych i dynamicznych elementów struktur chromatynowych. Kluczowe znaczenie mają tu specyficzne czynniki modyfikujące chromatynę, zdolne do jej aktywacji lub represji (Dreyfuss i Struhl, 1999). W zachodzeniu większości procesów biochemicznych z udziałem chromatyny pośredniczą wielkie kompleksy zawierające liczne białka. Kompleksy te porównuje się do wewnątrzkomórkowych maszyn molekularnych. Ich skład podlega ścisłej regulacji, co zapewnia wysoką wierność ekspresji genów. Łączenie się z DNA głównych składników aparatu transkrypcyjnego, jak i ich działanie, ułatwione jest dzięki licznym czynnikom przebudowującym chromatynę, a wykorzystującym ATP. Ich zasadniczą funkcją jest reorganizacja nukleosomów poprzez zmianę kontaktów DNA z histonami (Tyler i Kadonaga, 1999).


Next: Histony i nukleosomy Up: Organizacja chromatyny Previous: Organizacja chromatyny   Spis rzeczy
Tomasz Calikowski 2000-06-15