Гетерохроматин - Heterochromatin

Гетерохроматин - это плотно упакованная форма ДНК или конденсированной ДНК , которая бывает нескольких разновидностей. Эти разновидности лежат в континууме между двумя крайностями конститутивного гетерохроматина и факультативного гетерохроматина . Оба играют роль в экспрессии генов . Поскольку он плотно упакован, считалось, что он недоступен для полимераз и поэтому не транскрибируется, однако согласно Volpe et al. (2002) и во многих других статьях, поскольку большая часть этой ДНК фактически транскрибируется, но постоянно переходит через РНК-индуцированное подавление транскрипции (RITS). Недавние исследования с помощью электронной микроскопии и окрашивания OsO 4 показали, что плотная упаковка не связана с хроматином.

Конститутивный гетерохроматин может влиять на гены, расположенные рядом с самим собой (например, пестрота с эффектом положения ). Обычно он повторяется и формирует структурные функции, такие как центромеры или теломеры , в дополнение к действию в качестве аттрактора для других сигналов экспрессии или репрессии генов.

Факультативный гетерохроматин является результатом того, что гены замалчиваются с помощью такого механизма, как деацетилирование гистонов или Piwi-взаимодействующая РНК (piRNA) через RNAi . Он не повторяется и имеет компактную структуру конститутивного гетерохроматина. Однако под действием специфических онтогенетических или средовых сигнальных сигналов он может потерять свою конденсированную структуру и стать транскрипционно активным.


Гетерохроматин был связан с ди- и три- метилированием H3K9 в определенных частях генома человека. H3K9me3- родственные метилтрансферазы, по- видимому, играют ключевую роль в модификации гетерохроматина во время фиксации клонов в начале органогенеза и в поддержании верности клонов.

Состав

Гетерохроматин против эухроматина

Хроматин встречается в двух разновидностях: эухроматин и гетерохроматин. Первоначально эти две формы различались цитологически по тому, насколько интенсивно они окрашиваются: эухроматин менее интенсивен, а гетерохроматин окрашивается интенсивно, что указывает на более плотную упаковку. Гетерохроматин обычно локализуется на периферии ядра . Несмотря на эту раннюю дихотомию, недавние данные как на животных, так и на растениях позволили предположить, что существует более двух различных состояний гетерохроматина, и на самом деле он может существовать в четырех или пяти «состояниях», каждое из которых отмечено различными комбинациями эпигенетических меток.

Гетерохроматин в основном состоит из генетически неактивных сателлитных последовательностей , и многие гены в различной степени репрессированы, хотя некоторые вообще не могут экспрессироваться в эухроматине. И центромеры, и теломеры гетерохроматичны, как и тело Барра второй инактивированной Х-хромосомы у женщин.

Функция

Общая модель дупликации гетерохроматина во время деления клетки

Гетерохроматин связан с несколькими функциями, от регуляции генов до защиты целостности хромосом; некоторые из этих ролей можно отнести к плотной упаковке ДНК, которая делает ее менее доступной для белковых факторов, которые обычно связывают ДНК или связанные с ней факторы. Например, оголенные концы двухцепочечной ДНК обычно интерпретируются клеткой как поврежденная или вирусная ДНК, запускающая остановку клеточного цикла , репарацию ДНК или разрушение фрагмента, например, эндонуклеазами в бактериях.

Некоторые участки хроматина очень плотно упакованы волокнами, состояние которых сравнимо с состоянием хромосомы при митозе . Гетерохроматин обычно наследуется клонально; когда клетка делится, две дочерние клетки обычно содержат гетерохроматин в одних и тех же областях ДНК, что приводит к эпигенетическому наследованию . Вариации заставляют гетерохроматин вторгаться в соседние гены или отступать от генов на крайних участках доменов. Транскрибируемый материал может быть подавлен, располагаясь (в цис ) на этих граничных доменах. Это приводит к повышению уровней экспрессии, которые варьируются от клетки к клетке, что может быть продемонстрировано вариэгацией эффекта положения . Изолятор последовательность может выступать в качестве барьера в редких случаях , когда сочлененные конститутивный гетерохроматин и высоко активные гены (например, 5'HS4 изолятора выше по потоку от куриного β-глобина локус, и локусов в два Saccharomyces SPP.).

Конститутивный гетерохроматин

Все клетки данного вида упаковывают одни и те же участки ДНК в конститутивный гетерохроматин , и, таким образом, во всех клетках любые гены, содержащиеся в конститутивном гетерохроматине, будут плохо экспрессироваться . Например, все хромосомы человека 1 , 9 , 16 и Y-хромосома содержат большие области конститутивного гетерохроматина. У большинства организмов конститутивный гетерохроматин находится вокруг центромеры хромосомы и около теломер.

Факультативный гетерохроматин

Области ДНК, упакованные в факультативный гетерохроматин, не будут согласовываться между типами клеток внутри вида, и, таким образом, последовательность в одной клетке, которая упакована в факультативный гетерохроматин (а гены внутри нее экспрессируются слабо), может быть упакована в эухроматин в другой клетке. (и гены внутри больше не заглушаются). Однако образование факультативного гетерохроматина регулируется и часто связано с морфогенезом или дифференцировкой . Примером факультативного гетерохроматина является инактивация Х-хромосомы у самок млекопитающих: одна Х-хромосома упакована как факультативный гетерохроматин и заглушена, тогда как другая Х-хромосома упакована как эухроматин и экспрессируется.

Среди молекулярных компонентов, которые, по-видимому, регулируют распространение гетерохроматина, находятся белки группы Polycomb и некодирующие гены, такие как Xist . Механизм такого распространения до сих пор вызывает споры. Репрессивные комплексы polycomb PRC1 и PRC2 регулируют уплотнение хроматина и экспрессию генов и играют фундаментальную роль в процессах развития. PRC-опосредованные эпигенетические аберрации связаны с нестабильностью и злокачественностью генома и играют роль в ответе на повреждение ДНК, репарации ДНК и в точности репликации .

Гетерохроматин дрожжей

Saccharomyces cerevisiae , или почкующиеся дрожжи, является модельным эукариотом, и его гетерохроматин был тщательно определен. Хотя большая часть его генома может быть охарактеризована как эухроматин, S. cerevisiae имеет участки ДНК, которые очень плохо транскрибируются. Эти локусы представляют собой локусы так называемого молчащего типа спаривания (HML и HMR), рДНК (кодирующую рибосомную РНК) и субтеломерные области. Делящиеся дрожжи ( Schizosaccharomyces pombe ) используют другой механизм образования гетерохроматина на его центромерах. Подавление гена в этом месте зависит от компонентовпути РНКи . Полагают, что двухцепочечная РНК приводит к замалчиванию этого региона посредством ряда этапов.

В делящихся дрожжах Schizosaccharomyces pombe два комплекса РНКи, комплекс RITS и комплекс РНК-направленной РНК-полимеразы (RDRC), являются частью механизма РНКи, участвующего в инициации, размножении и поддержании сборки гетерохроматина. Эти два комплекса локализуются siRNA- зависимым образом на хромосомах, в месте сборки гетерохроматина. РНК-полимераза II синтезирует транскрипт, который служит платформой для набора RITS, RDRC и, возможно, других комплексов, необходимых для сборки гетерохроматина. И РНКи, и процесс деградации РНК, зависимый от экзосом, вносят вклад в молчание гетерохроматических генов. Эти механизмы Schizosaccharomyces pombe могут встречаться и у других эукариот. Большая структура РНК, называемая RevCen , также участвует в производстве миРНК, которые опосредуют образование гетерохроматина у некоторых делящихся дрожжей.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки