Estrutura Cromossômica e Empacotamento do DNA

A estrutura cromossômica e o empacotamento do DNA explicam como as longas moléculas de DNA de um genoma são compactadas, organizadas e tornadas acessíveis dentro do núcleo. O empacotamento começa com o enrolamento do DNA em torno de proteínas histonas para formar nucleossomos e continua através de ordens superiores de dobramento em cromatina e, na divisão celular, em cromossomos condensados.

Definition

O empacotamento cromossômico é a organização hierárquica do DNA genômico com proteínas, começando com nucleossomos (DNA enrolado em torno de octâmeros de histonas) e estendendo-se a fibras de cromatina compactas e cromossomos condensados, que juntos encaixam um genoma no núcleo enquanto regulam o acesso ao DNA.

Scope

A entrada abrange o nucleossomo como a unidade repetitiva da cromatina, as proteínas histonas e o octâmero de histonas, as histonas ligadoras e o dobramento de ordem superior, a distinção entre estados de cromatina mais e menos compactos, e o dobramento do genoma em larga escala dentro do núcleo. É um tópico de referência estrutural e não oferece orientação clínica.

Key concepts

• Nucleossomo (unidade repetitiva da cromatina)
• Octâmero de histonas (H2A, H2B, H3, H4)
• Histona ligadora H1
• Fibra de cromatina e dobramento de ordem superior
• Eucromatina e heterocromatina
• Domínios de associação topológica
• Condensação cromossômica mitótica

Mechanisms

A unidade fundamental de empacotamento é o nucleossomo, no qual cerca de 147 pares de bases de DNA se enrolam quase duas vezes em torno de um octâmero central de duas cópias de cada uma das histonas H2A, H2B, H3 e H4; este arranjo repetitivo de "contas em um colar" foi identificado por Kornberg e visualizado por Olins e Olins. Uma histona ligadora (H1) se liga onde o DNA entra e sai do nucleossomo e promove o dobramento em uma fibra de cromatina mais compacta. Níveis sucessivos de dobramento e formação de alças organizam a cromatina em domínios, e métodos de conformação cromossômica como o Hi-C revelam que os genomas interfásicos são particionados em domínios topológicos e compartimentos autointerativos. O grau de compactação varia entre a cromatina transcricionalmente ativa e mais aberta e a cromatina condensada e geralmente reprimida, e o genoma inteiro é maximamente condensado em cromossomos discretos durante a mitose para permitir a segregação precisa.

Clinical relevance

A forma como o DNA é empacotado influencia quais genes são acessíveis e como os genomas são herdados de forma estável, e a organização da cromatina é um tema importante na medicina molecular e na biologia do desenvolvimento. A entrada descreve a estrutura para referência e não é base para decisões clínicas individuais.

History

No início da década de 1970, padrões de digestão bioquímica e imagens de microscopia eletrônica convergiram para o modelo do nucleossomo, articulado por Kornberg em 1974 e visualizado como unidades esferoides repetitivas por Olins e Olins no mesmo ano. Trabalhos posteriores caracterizaram as histonas ligadoras e o dobramento de ordem superior, e a partir de 2009 os métodos de captura de conformação cromossômica começaram a mapear como genomas inteiros se dobram em três dimensões.

Key figures

• Roger Kornberg
• Ada Olins
• Donald Olins
• Tom Misteli

Seminal works

• kornberg-1974
• olins-olins-1974
• lieberman-aiden-2009

Frequently asked questions

O que é um nucleossomo?

Um nucleossomo é a unidade básica repetitiva da cromatina: um trecho de DNA enrolado em torno de um núcleo de oito proteínas histonas. Cadeias de nucleossomos se dobram em fibras de cromatina mais compactas.

Por que o DNA precisa ser empacotado?

O DNA em uma única célula humana tem cerca de dois metros de comprimento e deve caber dentro de um núcleo microscópico; o empacotamento o compacta, o protege e o organiza para que os genes certos possam ser acessados quando necessário.