ساختار و دسترسیپذیری کروماتین
کروماتین مجموعهای از DNA و پروتئین، عمدتاً هیستونها، است که ژنوم یوکاریوتی را درون هسته بستهبندی میکند. ساختار آن یک شکل ذخیرهسازی غیرفعال نیست: کروماتین با تعیین اینکه کدام بخشهای DNA در معرض دید قرار دارند و کدامها پنهان هستند، نحوه خوانده شدن، تکثیر و ترمیم ژنها را کنترل میکند. این بخش خواننده را با نحوه سازماندهی، فشردهسازی و دسترسیپذیر ساختن انتخابی ژنوم آشنا میکند.
Definition
کروماتین یک کمپلکس ماکرومولکولی از DNA ژنومی است که به دور پروتئینهای هیستون پیچیده شده و در نوکلئوزومها و چینخوردگیهای مرتبه بالاتر سازماندهی شده است، که وضعیت فشردهسازی آن دسترسی DNA را برای پروتئینهایی که آن را رونویسی، تکثیر و ترمیم میکنند، تعیین میکند.
Scope
این بخش به بلوکهای سازنده و سازماندهی مرتبه بالاتر کروماتین و اصل دسترسیپذیری که ساختار را به عملکرد ژنوم متصل میکند، میپردازد. این بخش نوکلئوزوم و اکتامر هیستون، کمپلکسهای بازسازیکننده وابسته به ATP که نوکلئوزومها را جابجا یا حذف میکنند، تقسیمبندی گسترده بین یوکروماتین فعال رونویسی و هتروکروماتین سرکوبکننده، و موقعیتیابی و دینامیک نوکلئوزومها که چشماندازهای تنظیمی را شکل میدهند، معرفی میکند. این بخش کروماتین را به عنوان یک موضوع ساختاری و تنظیمی در اپیژنتیک بررسی میکند و راهنمای بالینی نیست.
Sub-topics
Core questions
- چگونه تقریباً دو متر DNA در هسته بستهبندی میشود در حالی که به صورت انتخابی قابل خواندن باقی میماند؟
- چه چیزی کروماتین قابل دسترس (باز) را از کروماتین فشرده و غیرقابل دسترس متمایز میکند؟
- سلولها چگونه وضعیت کروماتین را تغییر میدهند تا ژنها را بدون تغییر توالی DNA روشن یا خاموش کنند؟
Key concepts
- نوکلئوزوم و اکتامر هیستون
- دسترسیپذیری DNA (کروماتین باز در مقابل بسته)
- یوکروماتین و هتروکروماتین
- فشردهسازی کروماتین و چینخوردگی مرتبه بالاتر
- بازسازی کروماتین وابسته به ATP
- موقعیتیابی و اشغال نوکلئوزوم
Key theories
- نوکلئوزوم به عنوان واحد تکراری بنیادی
- کروماتین از یک ذره تکراری ساخته شده است که در آن حدود ۱۴۷ جفت باز DNA به دور یک اکتامر از هیستونهای هسته میپیچد؛ این واحد، که از نظر ساختاری توسط لوگر و همکارانش حل شد، اساس تمام بستهبندیهای مرتبه بالاتر و تنظیم دسترسیپذیری DNA است.
Mechanisms
ژنوم ابتدا با پیچیدن DNA به دور اکتامرهای هیستون برای تشکیل نوکلئوزومها فشرده میشود، که سپس به آرایههای مرتبه بالاتر چین میخورند. اینکه یک جایگاه معین قابل دسترس باشد، بستگی به این دارد که آیا نوکلئوزومها آن را مسدود کردهاند، به تغییرات شیمیایی موجود در دم هیستونها، و به عملکرد کمپلکسهای بازسازیکننده وابسته به ATP که نوکلئوزومها را میلغزانند، حذف میکنند یا بازسازی میکنند. مناطق قابل دسترس معمولاً با پروموترها و تقویتکنندههای فعال همزمان هستند، جایی که کروماتین به صورت موضعی از نوکلئوزومها تهی شده است، در حالی که مناطق متراکم معمولاً از نظر رونویسی خاموش هستند. از آنجا که دسترسیپذیری برگشتپذیر و ارثی از طریق تقسیم سلولی بدون تغییر در توالی DNA است، ساختار کروماتین یک بستر اصلی تنظیم اپیژنتیک است.
Clinical relevance
سازماندهی کروماتین زیربنای چگونگی بیان ژنهای مختلف توسط انواع سلولها با ژنومهای یکسان است و اختلالات ساختار کروماتین در سرطان، اختلالات رشدی و پیری مورد مطالعه قرار میگیرد. درک دسترسیپذیری کروماتین همچنین روشهایی مانند ATAC-seq را که مناطق تنظیمی را در بافتها بررسی میکنند، چارچوببندی میکند. این مدخل یک جهتگیری مرجع برای سازماندهی ژنوم است و راهنمایی تشخیصی یا درمانی ارائه نمیدهد.
History
سازماندهی نوکلئوزومی تکراری کروماتین در اواسط دهه ۱۹۷۰، زمانی که کورنبرگ پیشنهاد کرد که DNA و هیستونها یک واحد تکراری منظم را تشکیل میدهند، تثبیت شد. ساختار اتمی ذره هسته نوکلئوزوم، که توسط لوگر و همکارانش در سال ۱۹۹۷ حل شد، دقیقاً نشان داد که چگونه DNA به دور اکتامر هیستون میپیچد و یک پایه ساختاری برای مطالعه دسترسیپذیری و اصلاح فراهم کرد. کارهای بعدی کروماتین را در یک چارچوب عملیاتی گستردهتر از اپیژنتیک ادغام کرد و ساختار آن را به کنترل رونویسی مرتبط ساخت.
Key figures
- Roger Kornberg
- Karolin Luger
- Timothy Richmond
- Jane Mellor
Related topics
Seminal works
- kornberg-1974
- luger-1997
- li-2007
Frequently asked questions
- تفاوت بین کروماتین و DNA چیست؟
- DNA اسید نوکلئیکی است که اطلاعات ژنتیکی را حمل میکند؛ کروماتین مجموعه بزرگتری از آن DNA همراه با پروتئینهای هیستون و غیرهیستون است که آن را درون هسته بستهبندی و سازماندهی میکند.
- چرا دسترسیپذیری کروماتین برای بیان ژن اهمیت دارد؟
- پروتئینهایی که ژنها را میخوانند و رونویسی میکنند، تنها میتوانند بر روی DNA که به آن دسترسی دارند عمل کنند. کروماتین باز و قابل دسترس به این ماشینآلات اجازه اتصال میدهد، در حالی که کروماتین فشرده تمایل دارد ژنها را خاموش نگه دارد، بنابراین دسترسیپذیری یک نقطه کنترل کلیدی برای فعال بودن ژنها است.