ヘテロクロマチンとユークロマチン

クロマチンは、遺伝子が容易に転写され得る、緩く凝集した遺伝子豊富なユークロマチンから、一般的に転写が不活性な高密度に凝集したヘテロクロマチンまで、連続的な状態をとる。このアクセス可能なクロマチンとアクセス不可能なクロマチンとの間の区分は、ゲノムの基本的な組織化原理であり、細胞が遺伝子のオンオフを切り替える主要なメカニズムである。

Definition

ユークロマチンは、緩く凝集し、一般的に転写活性のあるクロマチンの形態であり、一方ヘテロクロマチンは、高密度に凝集し、一般的に転写が抑制された形態である。この2つは、アクセス可能性のスペクトルの両極端を代表し、特徴的なヒストン修飾と関連タンパク質によって区別される。

Scope

このトピックでは、ユークロマチンとヘテロクロマチンの区別、構成的ヘテロクロマチンと条件的ヘテロクロマチンの形態、それぞれの状態を確立および維持するヒストン修飾とタンパク質、そしてこれらのコンパートメントが核をどのように組織化するかについて扱う。これはクロマチン状態に関する参照項目であり、臨床的ガイダンスではない。

Core questions

• 構造的および機能的にユークロマチンとヘテロクロマチンを区別するものは何か？
• ヘテロクロマチン状態はどのように確立され、広がり、継承されるのか？
• これらのクロマチンコンパートメントは核内の遺伝子活性をどのように組織化するのか？

Key concepts

• ユークロマチン（オープン、活性）
• ヘテロクロマチン（コンパクト、抑制）
• 構成的ヘテロクロマチン vs. 条件的ヘテロクロマチン
• H3K9メチル化とHP1
• ポリコーム抑制とH3K27メチル化
• ラミナ関連ドメイン

Key theories

クロマチン状態のヒストンコード基盤

ヒストン修飾の異なる組み合わせがユークロマチンとヘテロクロマチンを特徴づけ、それぞれの状態を強制するリーダータンパク質をリクルートする。例えば、H3K9メチル化はHP1の結合部位を作り出し、ヘテロクロマチンの核形成と伝播を促進する。これはヒストンコードの枠組みで明確にされている。

Mechanisms

ユークロマチンは、ヒストンアセチル化やH3K4メチル化など、活性に関連する修飾によって特徴づけられ、転写機構に比較的アクセスしやすい。ヘテロクロマチンは、抑制的な修飾によって確立される。セントロメアやテロメアに見られる構成的ヘテロクロマチンは、ヒストンH3のリジン9のメチル化によって特徴づけられ、これによりHP1タンパク質がリクルートされてクロマチンを凝集させ、不活性状態を染色体全体に広げることがある。細胞型特異的に遺伝子を不活性化する条件的ヘテロクロマチンは、ポリコームを介したH3のリジン27のメチル化と関連している。EEDサブユニットが関与するようなリーダー・ライターフィードバックは、抑制的なマークが伝播し、継承されることを可能にする。核レベルでは、多くのヘテロクロマチンは核ラミナに結合したラミナ関連ドメインに存在し、活性コンパートメントと不活性コンパートメントの空間的分離に寄与している。

Clinical relevance

ユークロマチンとヘテロクロマチンのバランスは、発生における安定した遺伝子サイレンシングやX染色体不活性化の根底にあり、その破綻は癌やゲノム安定性の障害において研究されている。この項目は、クロマチン状態とその調節を参照のために記述するものであり、診断や治療のガイダンスを提供するものではない。

History

ヘテロクロマチンとユークロマチンの細胞学的区別は、20世紀初頭の顕微鏡観察に遡る。当時、エミール・ハイツは細胞周期を通じて凝縮したままである染色体領域を記述した。分子レベルでの理解は、2001年頃に著しく進展した。H3リジン9のメチル化がHP1の結合プラットフォームを形成し、特定のヒストン修飾とヘテロクロマチン形成を結びつけることが示され、ヒストンコード仮説が修飾パターンがクロマチン状態をどのように規定するかについての枠組みを提供した。その後、ゲノムワイドマッピングによってクロマチンドメインとその核ラミナへの付着が定義された。

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

ユークロマチンとヘテロクロマチンの違いは何ですか？

ユークロマチンは緩く凝集しており、一般的に遺伝子転写を許容しますが、ヘテロクロマチンは高密度に凝集しており、一般的に遺伝子を不活性に保ちます。これらはクロマチンスペクトルのアクセス可能な端とアクセス不可能な端を代表します。

構成的ヘテロクロマチンと条件的ヘテロクロマチンの違いは何ですか？

構成的ヘテロクロマチンは、セントロメアやテロメアなどの固定された領域で、すべての細胞において恒久的に凝縮していますが、条件的ヘテロクロマチンは、細胞型特異的または発生段階特異的な方法で特定の遺伝子を不活性化し、原則として元に戻ることが可能です。