Heterochromatin und Euchromatin

Chromatin existiert entlang eines Kontinuums von locker gepacktem, genreichem Euchromatin, wo Gene leicht transkribiert werden können, bis zu dicht gepacktem Heterochromatin, das im Allgemeinen transkriptionell inaktiv ist. Diese Trennung zwischen zugänglichem und unzugänglichem Chromatin ist ein grundlegendes Organisationsprinzip des Genoms und ein Schlüsselmechanismus, durch den Zellen Gene an- oder abschalten.

Definition

Euchromatin ist die locker gepackte, im Allgemeinen transkriptionell aktive Form des Chromatins, während Heterochromatin die dicht gepackte, im Allgemeinen transkriptionell reprimierte Form ist; die beiden stellen entgegengesetzte Enden des Zugänglichkeitsspektrums dar und zeichnen sich durch charakteristische Histonmodifikationen und assoziierte Proteine aus.

Scope

Dieses Thema behandelt die Unterscheidung zwischen Euchromatin und Heterochromatin, die konstitutiven und fakultativen Formen des Heterochromatins, die Histonmodifikationen und Proteine, die jeden Zustand etablieren und aufrechterhalten, sowie die Art und Weise, wie diese Kompartimente den Zellkern organisieren. Es handelt sich um einen Referenzeintrag zu Chromatinzuständen und ist keine klinische Leitlinie.

Core questions

• Was unterscheidet Euchromatin strukturell und funktionell von Heterochromatin?
• Wie werden heterochromatische Zustände etabliert, verbreitet und vererbt?
• Wie organisieren diese Chromatinkompartimente die Genaktivität innerhalb des Zellkerns?

Key concepts

• Euchromatin (offen, aktiv)
• Heterochromatin (kompakt, reprimiert)
• Konstitutives vs. fakultatives Heterochromatin
• H3K9-Methylierung und HP1
• Polycomb-Repression und H3K27-Methylierung
• Lamina-assoziierte Domänen

Key theories

Histon-Code-Basis der Chromatinzustände

Unterschiedliche Kombinationen von Histonmodifikationen kennzeichnen Euchromatin und Heterochromatin und rekrutieren Reader-Proteine, die jeden Zustand durchsetzen; zum Beispiel schafft die H3K9-Methylierung eine Bindungsstelle für HP1, die Heterochromatin nukleiert und propagiert, wie im Histon-Code-Rahmenwerk artikuliert.

Mechanisms

Euchromatin ist durch Modifikationen gekennzeichnet, die mit Aktivität assoziiert sind, wie Histonacetylierung und H3K4-Methylierung, und ist relativ gut für die Transkriptionsmaschinerie zugänglich. Heterochromatin wird durch repressive Modifikationen etabliert: Konstitutives Heterochromatin, das an Zentromeren und Telomeren gefunden wird, ist durch die Methylierung von Histon H3 an Lysin 9 gekennzeichnet, die HP1-Proteine rekrutiert, die das Chromatin verdichten und den inaktiven Zustand entlang des Chromosoms ausbreiten können. Fakultatives Heterochromatin, das Gene zelltypspezifisch stilllegt, ist mit der Polycomb-vermittelten Methylierung von H3 an Lysin 27 assoziiert; Reader-Writer-Feedback, wie das, an dem die EED-Untereinheit beteiligt ist, ermöglicht die Ausbreitung und Vererbung repressiver Markierungen. Auf nukleärer Ebene ist ein Großteil des Heterochromatins in Lamina-assoziierten Domänen an die Kernlamina gebunden, was zur räumlichen Trennung aktiver und inaktiver Kompartimente beiträgt.

Clinical relevance

Das Gleichgewicht zwischen Euchromatin und Heterochromatin liegt der stabilen Gen-Stilllegung in der Entwicklung und der X-Chromosomen-Inaktivierung zugrunde, und seine Störung wird bei Krebs und bei Störungen der Genomstabilität untersucht. Dieser Eintrag beschreibt Chromatinzustände und deren Regulation als Referenz und bietet keine diagnostische oder Behandlungsanleitung.

History

Die zytologische Unterscheidung zwischen Heterochromatin und Euchromatin geht auf die Mikroskopie des frühen 20. Jahrhunderts zurück, als Emil Heitz Chromosomenregionen beschrieb, die während des gesamten Zellzyklus kondensiert blieben. Das molekulare Verständnis entwickelte sich um 2001 erheblich weiter, als gezeigt wurde, dass die Methylierung von H3-Lysin 9 eine Bindungsplattform für HP1 schafft, die eine spezifische Histonmodifikation mit der Heterochromatinbildung verknüpft, und die Histon-Code-Hypothese einen Rahmen dafür bot, wie Modifikationsmuster Chromatinzustände spezifizieren. Eine genomweite Kartierung definierte später Chromatindomänen und deren Anheftung an die Kernlamina.

Key figures

• Thomas Jenuwein
• C. David Allis
• Shiv Grewal
• Bas van Steensel

Seminal works

• lachner-2001
• jenuwein-2001
• grewal-2007

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Euchromatin und Heterochromatin?

Euchromatin ist locker gepackt und erlaubt im Allgemeinen die Gentranskription, während Heterochromatin dicht gepackt ist und Gene im Allgemeinen stillhält; sie repräsentieren die zugänglichen und unzugänglichen Enden des Chromatinspektrums.

Was ist der Unterschied zwischen konstitutivem und fakultativem Heterochromatin?

Konstitutives Heterochromatin ist in allen Zellen an festen Regionen wie Zentromeren und Telomeren permanent kondensiert, während fakultatives Heterochromatin bestimmte Gene zelltyp- oder entwicklungsstadienspezifisch stilllegt und prinzipiell reversibel sein kann.