Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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), [1] и многие другие статьи с тех пор, [2] большая часть этой ДНК фактически транскрибируется, но она постоянно передается посредством РНК-индуцированного транскрипционного молчания.(РИТС). Недавние исследования с помощью электронной микроскопии и окрашивания OsO 4 показали, что плотная упаковка не связана с хроматином. [3]

Конститутивный гетерохроматин может влиять на гены, расположенные рядом с ним (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 определенных сигналов, передаваемых через развитие или окружающую среду, он может потерять свою конденсированную структуру и стать транскрипционно активным. [4]

Гетерохроматин был связан с ди- и три-метилированием H3K9 в определенных частях генома. [5] H3K9me3- родственные метилтрансферазы, по- видимому, играют ключевую роль в модификации гетерохроматина во время фиксации клонов в начале органогенеза и в поддержании верности клонов. [6]

Ядро клетки человека, показывающее расположение гетерохроматина

Обратите внимание, что неформальная диаграмма, показанная здесь, может быть ошибочной в отношении расположения гетерохроматина. Инактивированная Х-хромосома (также известная как тельце Барра ) мигрирует только к ядерной мембране, оставляя активную Х и другие хромосомы внутри нуклеоплазмы (вдали от мембраны в целом). Другой гетерохроматин выглядит как частицы, отдельные от мембраны: «Гетерохроматин выглядит как маленькие, темные, неправильные частицы, разбросанные по ядру ...». [7]

Структура [ править ]

Гетерохроматин против эухроматина

Хроматин встречается в двух разновидностях: эухроматин и гетерохроматин. [8] Первоначально 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 локализован на периферии ядра . Несмотря на эту раннюю дихотомию, недавние данные как на животных [9], так и на растениях [10] показали, что существует более двух различных состояний гетерохроматина, и на самом деле он может существовать в четырех или пяти «состояниях», каждое из которых характеризуется различными комбинациями эпигенетические метки.

Гетерохроматина в основном состоит из генетически неактивных спутниковых последовательностей , [11] , и многие гены подавляются в разной степени, хотя некоторые из них не могут быть выражены в эухроматина вообще. [12] И центромеры, и теломеры гетерохроматичны, как и тело Барра второй инактивированной Х-хромосомы у женщин.

Функция [ править ]

Общая модель дупликации гетерохроматина во время деления клетки

Гетерохроматин связан с несколькими функциями, от регуляции генов до защиты целостности хромосом; [13] 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 сопоставимо 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 путем размещения (в цис ) в этих пограничных доменах. Это приводит к повышению уровней экспрессии, которые варьируются от клетки к клетке [14], что может быть продемонстрировано изменчивостью эффекта положения . [15] Изоляторпоследовательности могут действовать как барьер в редких случаях, когда конститутивный гетерохроматин и высокоактивные гены сопоставляются (например, инсулятор 5'HS4 выше куриного β-глобинового локуса [16] и локусов в двух Saccharomyces spp. [17] [18]) ).

Конститутивный гетерохроматин [ править ]

Основная статья: Конститутивный гетерохроматин

Все клетки данного вида упаковывают одни и те же области 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 [ править ]

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 плохо), 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 замалчивается, в то время 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. [19] 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 .[20]

Гетерохроматин дрожжей [ править ]

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 подавлению этого региона посредством ряда этапов.

У делящихся дрожжей 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. [21] [22] И РНКи, и экзосомозависимый процесс деградации РНК вносят вклад в молчание гетерохроматических генов. Эти механизмы Schizosaccharomyces pombeможет встречаться и у других эукариот. [23] Большая структура РНК, называемая RevCen , также участвует в производстве миРНК, которые опосредуют образование гетерохроматина у некоторых делящихся дрожжей. [24]

См. Также [ править ]

  • Центрический гетерохроматин

Ссылки [ править ]

  1. ^ Volpe Т.А., Kidner C, зал IM, Тэн G, Греуол С.И., Martienssen Р.А. (сентябрь 2002). «Регулирование гетерохроматического сайленсинга и метилирования гистона H3 лизина-9 с помощью РНКи». Наука . 297 (5588): 1833–7. DOI : 10.1126 / science.1074973 . PMID  12193640 . S2CID  2613813 .
  2. ^ "Каковы текущие доказательства, показывающие активную транскрипцию внутри ..." www.researchgate.net . Проверено 30 апреля 2016 .
  3. ^ Оу HD, Пхан S, Deerinck TJ, Тор А, Ellisman МН, О'Ши CC (июль 2017 г.). «ChromEMT: визуализация трехмерной структуры хроматина и уплотнения в интерфазных и митотических клетках» . Наука . 357 (6349): eaag0025. DOI : 10.1126 / science.aag0025 . PMC 5646685 . PMID 28751582 .  
  4. ^ Oberdoerffer P, Sinclair DA (сентябрь 2007). «Роль ядерной архитектуры в геномной нестабильности и старении» . Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 8 (9): 692–702. DOI : 10.1038 / nrm2238 . PMID 17700626 . S2CID 15674132 .  
  5. ^ Rosenfeld JA, Ван Z, Schönes DE, Zhao K, Desalle R, Zhang MQ (март 2009). «Определение модификаций обогащенных гистонов в негенных частях генома человека» . BMC Genomics . 10 (1): 143. DOI : 10.1186 / 1471-2164-10-143 . PMC 2667539 . PMID 19335899 .  
  6. ^ Никетто Д., Донахью Г., Джайн Т., Пэн Т., Сидоли С., Шэн Л. и др. (Январь 2019). «Потеря H3K9me3-гетерохроматина в генах, кодирующих белок, делает возможной спецификацию линии развития» . Наука . 363 (6424): 294–297. DOI : 10.1126 / science.aau0583 . PMC 6664818 . PMID 30606806 .  
  7. ^ Показано здесь: электронно-микроскопическое изображение ядра с аннотированными частицами гетерохроматина [1]
  8. Перейти ↑ Elgin, SC (1996). «Гетерохроматин и регуляция генов у дрозофилы ». Текущее мнение в области генетики и развития . 6 (2): 193–202. DOI : 10.1016 / S0959-437X (96) 80050-5 . ISSN 0959-437X . PMID 8722176 .  
  9. ^ Ван Steensel B (май 2011). «Хроматин: построение большой картины» . Журнал EMBO . 30 (10): 1885–95. DOI : 10.1038 / emboj.2011.135 . PMC 3098493 . PMID 21527910 .  
  10. ^ Рудье Ф, Ахмед I, Берар С, Саразин А, Мэри-Хюард Т, Кортихо С и др. (Май 2011 г.). «Интегративное эпигеномное картирование определяет четыре основных состояния хроматина у Arabidopsis» . Журнал EMBO . 30 (10): 1928–38. DOI : 10.1038 / emboj.2011.103 . PMC 3098477 . PMID 21487388 .  
  11. ^ Lohe AR, Hilliker AJ, Roberts PA (август 1993). «Картирование простых повторяющихся последовательностей ДНК в гетерохроматине Drosophila melanogaster» . Генетика . 134 (4): 1149–74. PMC 1205583 . PMID 8375654 .  
  12. ^ Lu BY, Emtage PC, Duyf BJ, Hilliker AJ, Eissenberg JC (июнь 2000). «Гетерохроматиновый белок 1 необходим для нормальной экспрессии двух генов гетерохроматина у дрозофилы» . Генетика . 155 (2): 699–708. PMC 1461102 . PMID 10835392 .  
  13. ^ Греуол SI, Jia S (январь 2007). «Возвращение к гетерохроматину» . Обзоры природы. Генетика . 8 (1): 35–46. DOI : 10.1038 / nrg2008 . PMID 17173056 . S2CID 31811880 .  Актуальный отчет о текущем понимании повторяющейся ДНК, которая обычно не содержит генетической информации. Если эволюция имеет смысл только в контексте регуляторного контроля генов, мы предполагаем, что гетерохроматин, который является основной формой хроматина у высших эукариот, позиционируется как глубоко эффективная мишень для эволюционных изменений. Будущие исследования сборки, поддержания и многих других функций гетерохроматина прольют свет на процессы регуляции генов и хромосом.
  14. ^ Fisher AG, Merkenschlager M (апрель 2002). «Генное молчание, судьба клеток и ядерная организация». Текущее мнение в области генетики и развития . 12 (2): 193–7. DOI : 10.1016 / S0959-437X (02) 00286-1 . PMID 11893493 . 
  15. ^ Жимулев И.Ф . ; и другие. (Декабрь 1986 г.). «Цитогенетические и молекулярные аспекты пестролистности эффекта позиции у Drosophila melanogaster». Хромосома . 94 (6): 492–504. DOI : 10.1007 / BF00292759 . ISSN 1432-0886 . S2CID 24439936 .  
  16. ^ Берджесс-Beusse В, С Фаррел, Gaszner М, М Litt, Mutskov В, Recillas-Targa Ф, и др. (Декабрь 2002 г.). «Изоляция генов от внешних усилителей и подавление хроматина» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 Suppl 4 (Suppl 4): 16433–7. DOI : 10.1073 / pnas.162342499 . PMC 139905 . PMID 12154228 .  
  17. ↑ Allis CD, Grewal SI (август 2001 г.). «Переходы в различных паттернах метилирования гистона H3 на границах домена гетерохроматина». Наука . 293 (5532): 1150–5. DOI : 10.1126 / science.1064150 . PMID 11498594 . S2CID 26350729 .  
  18. ^ Donze D, Kamakaka RT (февраль 2001). «Промоторные комплексы РНК-полимеразы III и РНК-полимеразы II являются гетерохроматиновыми барьерами в Saccharomyces cerevisiae» . Журнал EMBO . 20 (3): 520–31. DOI : 10.1093 / emboj / 20.3.520 . PMC 133458 . PMID 11157758 .  
  19. ^ Талберт PB, Henikoff S (октябрь 2006). «Распространение молчащего хроматина: бездействие на расстоянии». Обзоры природы. Генетика . 7 (10): 793–803. DOI : 10.1038 / nrg1920 . PMID 16983375 . S2CID 1671107 .  
  20. ^ Veneti Z, Gkouskou KK, Eliopoulos AG (июль 2017). «Polycomb Repressor Complex 2 в геномной нестабильности и раке» . Международный журнал молекулярных наук . 18 (8): 1657. DOI : 10,3390 / ijms18081657 . PMC 5578047 . PMID 28758948 .  
  21. ^ Като Н, Гото БД, Martienssen Р.А., Урано Т, Furukawa К., Murakami Y (июль 2005 г.). «РНК-полимераза II необходима для РНКи-зависимой сборки гетерохроматина». Наука . 309 (5733): 467–9. DOI : 10.1126 / science.1114955 . PMID 15947136 . S2CID 22636283 .  
  22. ^ Djupedal I, Portoso M, Spahr H, Bonilla C, Густафссон CM, Allshire RC, Эквалл K (октябрь 2005). «РНК Pol II субъединица Rpb7 способствует центромерной транскрипции и РНКи-направленное подавление хроматина» . Гены и развитие . 19 (19): 2301–6. DOI : 10,1101 / gad.344205 . PMC 1240039 . PMID 16204182 .  
  23. ^ Vavasseur; и другие. (2008). «Сборка гетерохроматина и молчание транскрипционных генов под контролем ядерной РНКи: уроки деления дрожжей» . РНК и регуляция экспрессии генов: скрытый уровень сложности . Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-25-7.
  24. ^ Djupedal I, Kos-Braun IC, Mosher RA, Söderholm N, Simmer F, Hardcastle TJ и др. (Декабрь 2009 г.). «Анализ малых РНК у делящихся дрожжей; центромерные миРНК потенциально генерируются через структурированную РНК» . Журнал EMBO . 28 (24): 3832–44. DOI : 10.1038 / emboj.2009.351 . PMC 2797062 . PMID 19942857 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Изображение гистологии: 20102loa  - Система обучения гистологии в Бостонском университете
  • Аврамова З.В. (май 2002 г.). «Гетерохроматин у животных и растений. Сходства и различия» . Физиология растений . 129 (1): 40–9. DOI : 10.1104 / pp.010981 . PMC  1540225 . PMID  12011336 .
  • Карон Х., ван Шайк Б., ван дер Ми М., Баас Ф., Риггинс Г., ван Слуис П. и др. (Февраль 2001 г.). «Карта транскриптома человека: кластеризация высокоэкспрессированных генов в хромосомных доменах» . Наука . 291 (5507): 1289–92. DOI : 10.1126 / science.1056794 . PMID  11181992 .
  • Ча, Ариана Ынджунг; Бернштейн, Ленни (30 апреля 2015 г.). «Ученые открывают новый важный фактор старения» . Нью-Йорк Таймс . Дата обращения 4 мая 2015 .