Википедия

Эухроматин

Эухромати́н, также активный или «открытый хромати́н» — участки хроматина, которые представляет собой неплотную и легко упакованную форму (ДНК, РНК и белки), обогащённую генами и часто (но не всегда) находящуюся в состоянии активной транскрипции. Эухроматин отличается от гетерохроматина, который плотно упакован и менее доступен для транскрипции. Около 92 % генома человека является эухроматичным[1].

Структурные различия между эухроматином и гетерохроматином.

У эукариот эухроматин представляет собой наиболее активную часть генома в клеточном ядре. У прокариот эухроматин является единственной формой хроматина; это указывает на то, что гетерохроматиновая структура развилась позже вместе с ядром, возможно, как механизм, позволяющий справиться с увеличением размера генома.

Структура править

Эухроматин состоит из повторяющихся нуклеопротеидных субъединиц, известных как нуклеосомы, напоминающие развёрнутый набор бусин на нитке, диаметром около 11 нм[2]. В основе этих нуклеосом находится набор из четырёх пар белков-гистонов: H3, H4, H2A и H2B[2]. Каждый оснóвный гистоновый белок имеет "хвостовую" структуру, которая может изменяться несколькими способами; считается, что эти вариации действуют как "главные переключатели управления" через различные состояния метилирования и ацетилирования, которые определяют общее расположение хроматина[2]. Вокруг гистоновых октамеров намотано около 147 пар оснований ДНК, что составляет чуть меньше 2 витков спирали[3]. Нуклеосомы вдоль нити связаны между собой гистоном H1[4] и коротким участком открытой линкерной ДНК, составляющим около 0-80 пар оснований. Ключевое различие между структурой эухроматина и гетерохроматина заключается в том, что нуклеосомы в эухроматине расположены гораздо шире, что обеспечивает более лёгкий доступ различных белковых комплексов (транскрипционных факторов) к нити ДНК и тем самым повышает транскрипцию генов[2].

Визуализация править

 
Микроскопия гетерохроматических и эухроматических ядер (окраска H&E).

Эухроматин при большом увеличении напоминает набор бусинок на нитке[2]. С более дальнего расстояния он может напоминать клубок запутанных ниток, как, например, на некоторых изображениях, полученных с помощью электронного микроскопа[5]. Как при оптической, так и при электронной микроскопии эухроматин выглядит светлее, чем гетерохроматин, который также присутствует в ядре и выглядит тёмным[6], из-за его менее компактной структуры[5]. При визуализации хромосом, например, на кариограмме, для окрашивания используется цитогенетическое окрашивание. Цитогенетическое окрашивание позволяет нам увидеть, какие части хромосомы состоят из эухроматина или гетерохроматина, чтобы дифференцировать хромосомные участки, нарушения или перестройки[7]. Одним из таких примеров является G-бэндинг, иначе известное как окрашивание по Гимзе, при котором эухроматин кажется светлее, чем гетерохроматин[8].

Внешний вид гетерохроматина и эухроматина при различных методах визуализации[8][9][10][11][12][2].
Окрашивание по Гимзе (G-) бэндинг Реверсивное или обратное окрашивание (R-) бэндинг Конститутивный гетерохроматин (C-) бэндинг Акрихиновое окрашивание (Q-) бэндинг Теломерное окрашивание (T-) бэндинг
Эухроматин Светлее Темнее Светлее Тусклее Светлее
Гетерохроматин Темнее Светлее Темнее Ярче (флуоресцентное свечение) Темнее (слабо отчётливо)

Выполняемые функции править

 
Схематическая кариограмма человека, показывающая общий вид генома человека с использованием G-бэндинга, который представляет собой метод, включающий окрашивание по Гимзе. Использование этого метода позволяет дифференцировать хроматин, так, более светлые области окрашивания обычно являются более эухроматичными, тогда как более тёмные области обычно являются более гетерохроматическими.

Транскрипция править

Эухроматин участвует в активной транскрипции ДНК в молекулы мРНК. Развёрнутая структура эухроматина позволяет белкам генной регуляции и комплексам РНК-полимеразы связываться с последовательностью ДНК, что может инициировать процесс транскрипции[2]. Хотя не весь эухроматин обязательно транскрибируемый, поскольку он разделён на транскрипционно активные и неактивные домены[13], эухроматин всё же обычно ассоциируется с активной транскрипцией генов. Поэтому существует прямая связь между тем, насколько активно продуктивна клетка, и количеством эухроматина, которое можно обнаружить в её ядре.

Считается, что клетка использует трансформацию (преобразование) эухроматина в гетерохроматин как метод контроля экспрессии и репликации генов, поскольку эти процессы по-разному протекают в достаточно плотном хроматине. Это явление известно как "гипотеза доступности"[14]. Одним из примеров конститутивного эухроматина, который "всегда включён", являются гены домашнего хозяйства, которые кодируют белки, необходимые для основных функций выживания и функционирования клетки[15].

Эпигенетический контроль править

Эпигенетика подразумевает изменения в фенотипе, которые могут быть унаследованы без изменения последовательности ДНК. Это может происходить в результате многих типов взаимодействия с окружающей средой[16]. Что касается эухроматина, посттрансляционные модификации гистонов могут изменять структуру хроматина, что приводит к изменению экспрессии генов без изменения молекул ДНК[17]. Кроме того, было показано, что потеря гетерохроматина и увеличение эухроматина коррелируют с ускорением процесса старения, особенно при заболеваниях, похожих на прогерию (преждевременное старение)[18]. Исследования показали наличие эпигенетических маркеров на гистонах для ряда других заболеваний[19][20].

Регуляция править

Регуляция эухроматина происходит в первую очередь посттрансляционными модификациями гистонов нуклеосом, осуществляемыми многими гистон-модифицирующими ферментами. Эти модификации происходят на N-концевых хвостах гистонов, выступающих из структуры нуклеосом, и, как полагают, рекрутируют ферменты для поддержания хроматина либо в открытой форме, как эухроматин, либо в закрытой форме, как гетерохроматин[21]. Ацетилирование гистонов, например, обычно связано со структурой эухроматина, тогда как метилирование гистонов способствует ремоделированию гетерохроматина[22]. Ацетилирование делает группу гистонов более отрицательно заряженной, что, в свою очередь, нарушает её взаимодействие с нитью ДНК, по сути "открывая" нить, облегчая к ней доступ[21]. Ацетилирование может происходить на нескольких лизиновых остатках N-концевого хвоста гистона и на разных гистонах одной нуклеосомы, что, как считается, ещё больше увеличивает доступность ДНК для факторов транскрипции[21].

Фосфорилирование гистонов — ещё один способ регуляции эухроматина[21]. Как правило, оно происходит на N-концевых хвостах гистонов, однако некоторые участки присутствуют и в кóровых гистонах[21]. Фосфорилирование контролируется киназами и фосфатазами, которые добавляют и удаляют фосфатные группы соответственно. Оно может происходить на остатках серина, треонина или тирозина, присутствующих в эухроматине[21][22]. Поскольку фосфатные группы, добавленные к молекулам гистонов, несут отрицательный заряд, это способствует образованию более расслабленной "открытой" формы, подобно ацетилированию[22]. Что касается функциональности, фосфорилирование гистонов участвует в экспрессии генов, репарации повреждений ДНК и ремоделировании хроматина[22].

Другой метод регуляции, который связан с присоединением отрицательного заряда, благоприятствующего "открытой" форме — это АДФ-рибозилирование[22]. В данном процессе происходит присоединение одной или несколько единиц АДФ-рибозы к гистону, также этот процесс участвует в ответной реакции на повреждение ДНК[22].

Примечания править

  1. ↑ International Human Genome Sequencing Consortium (October 2004). "Finishing the euchromatic sequence of the human genome". Nature. 431 (7011): 931—945. Bibcode:2004Natur.431..931H. doi:10.1038/nature03001. PMID 15496913. S2CID 186242248.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Babu A, Verma RS (January 1987). Bourne GH, Jeon KW, Friedlander M (eds.). "Chromosome structure: euchromatin and heterochromatin". International Review of Cytology. Academic Press. 108: 1—60. doi:10.1016/s0074-7696(08)61435-7. ISBN 978-0-12-364508-1. PMID 2822591.
  3. ↑ Definition: nucleosome/nucleosomes (англ.). Scitable Nature Education. Дата обращения: 6 октября 2021. Архивировано 6 октября 2021 года.
  4. ↑ Chapter 4 - Induced Pluripotent Stem Cells // Neural Stem Cells and Adult Neurogenesis : [англ.]. — Academic Press, January 2019. — P. 67–94. — ISBN 978-0-12-811014-0.
  5. ↑ 1 2 The cell. 4. Nucleus. Chromatin. Atlas of plant and animal histology. mmegias.webs.uvigo.es. Дата обращения: 2 декабря 2021. Архивировано 2 декабря 2021 года.
  6. ↑ Chapter Two - Mammalian Satellite DNA: A Speaking Dumb // Advances in Protein Chemistry and Structural Biology : [англ.]. — Academic Press, January 2013. — Vol. 90. — P. 31–65. — ISBN 978-0-12-410523-2. — doi:10.1016/B978-0-12-410523-2.00002-X.
  7. ↑ Chapter 13 - Molecular Diagnosis of Chromosomal Disorders // Diagnostic Molecular Biology : [англ.]. — Academic Press, January 2019. — P. 331–358. — ISBN 978-0-12-802823-0. — doi:10.1016/B978-0-12-802823-0.00013-4.
  8. ↑ 1 2 Giemsa banding (амер. англ.). Biology Articles, Tutorials & Dictionary Online (7 октября 2019). Дата обращения: 2 декабря 2021. Архивировано 23 января 2022 года.
  9. ↑ Reverse banding - Definition and Examples - Biology Online Dictionary (амер. англ.). Biology Articles, Tutorials & Dictionary Online (18 сентября 2020). Дата обращения: 2 декабря 2021. Архивировано 18 октября 2021 года.
  10. ↑ Constitutive heterochromatin banding (амер. англ.). Biology Articles, Tutorials & Dictionary Online (7 октября 2019). Дата обращения: 2 декабря 2021. Архивировано 16 января 2022 года.
  11. ↑ Quinacrine banding (амер. англ.). Biology Articles, Tutorials & Dictionary Online (7 октября 2019). Дата обращения: 2 декабря 2021. Архивировано 23 января 2022 года.
  12. ↑ T-banding (амер. англ.). Biology Articles, Tutorials & Dictionary Online (7 октября 2019). Дата обращения: 2 декабря 2021. Архивировано 20 января 2022 года.
  13. ↑ Verschure PJ, van Der Kraan I, Manders EM, van Driel R (October 1999). "Spatial relationship between transcription sites and chromosome territories". The Journal of Cell Biology. 147 (1): 13—24. doi:10.1083/jcb.147.1.13. PMC 2164981. PMID 10508851.
  14. ↑ Muegge K (2003-04-01). "Modifications of histone cores and tails in V(D)J recombination". Genome Biology. 4 (4): 211. doi:10.1186/gb-2003-4-4-211. PMC 154571. PMID 12702201.
  15. ↑ Eisenberg E, Levanon EY (October 2013). "Human housekeeping genes, revisited". Trends in Genetics (англ.). 29 (10): 569—574. doi:10.1016/j.tig.2013.05.010. PMID 23810203.
  16. ↑ Arney KL, Fisher AG (September 2004). "Epigenetic aspects of differentiation". Journal of Cell Science. 117 (Pt 19): 4355—4363. doi:10.1242/jcs.01390. PMID 15331660. S2CID 24376600.
  17. ↑ Singh NP, Madabhushi SR, Srivastava S, Senthilkumar R, Neeraja C, Khosla S, Mishra RK (May 2011). "Epigenetic profile of the euchromatic region of human Y chromosome". Nucleic Acids Research. 39 (9): 3594—3606. doi:10.1093/nar/gkq1342. PMC 3089472. PMID 21252296.
  18. ↑ Wang J, Jia ST, Jia S (May 2016). "New Insights into the Regulation of Heterochromatin". Trends in Genetics. 32 (5): 284—294. doi:10.1016/j.tig.2016.02.005. PMC 4842111. PMID 27005444.
  19. ↑ Simmons D (2008). "Epigenetic Influences and Disease". Nature Education. 1 (1): 6. Архивировано из оригинала 17 ноября 2021. Дата обращения: 2 декабря 2021.
  20. ↑ Alaskhar Alhamwe B, Khalaila R, Wolf J, von Bülow V, Harb H, Alhamdan F, et al. (2018-05-23). "Histone modifications and their role in epigenetics of atopy and allergic diseases". Allergy, Asthma, and Clinical Immunology. 14 (1): 39. doi:10.1186/s13223-018-0259-4. PMC 5966915. PMID 29796022.
  21. ↑ 1 2 3 4 5 6 Bannister AJ, Kouzarides T (March 2011). "Regulation of chromatin by histone modifications". Cell Research. 21 (3): 381—395. doi:10.1038/cr.2011.22. PMC 3193420. PMID 21321607.
  22. ↑ 1 2 3 4 5 6 Introduction to epigenetics: basic concepts and advancements in the field // Epigenetics and Reproductive Health : [англ.]. — Academic Press, January 2020. — Vol. 21. — P. xxv–xliv. — ISBN 978-0-12-819753-0. — doi:10.1016/B978-0-12-819753-0.02001-8.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Эухроматин&oldid=135582666