Эухроматин и гетерохроматин

Хроматин существует в континууме от рыхло упакованного, богатого генами эухроматина, где гены могут легко транскрибироваться, до плотно компактизированного гетерохроматина, который, как правило, транскрипционно неактивен. Это разделение на доступный и недоступный хроматин является основным организующим принципом генома и ключевым механизмом, с помощью которого клетки включают или выключают гены.

Definition

Эухроматин — это рыхло упакованная, как правило, транскрипционно активная форма хроматина, тогда как гетерохроматин — это плотно компактизированная, как правило, транскрипционно репрессированная форма; эти две формы представляют собой противоположные концы спектра доступности и различаются характерными модификациями гистонов и ассоциированными белками.

Scope

Эта тема охватывает различие между эухроматином и гетерохроматином, конститутивные и факультативные формы гетерохроматина, модификации гистонов и белки, которые устанавливают и поддерживают каждое состояние, а также то, как эти компартменты организуют ядро. Это справочная статья о состояниях хроматина и не является клиническим руководством.

Core questions

• Что структурно и функционально отличает эухроматин от гетерохроматина?
• Как устанавливаются, распространяются и наследуются гетерохроматиновые состояния?
• Как эти хроматиновые компартменты организуют генную активность в ядре?

Key concepts

• Эухроматин (открытый, активный)
• Гетерохроматин (компактный, репрессированный)
• Конститутивный против факультативного гетерохроматина
• Метилирование H3K9 и HP1
• Репрессия Polycomb и метилирование H3K27
• Ламина-ассоциированные домены

Key theories

Гистоново-кодовая основа состояний хроматина

Различные комбинации модификаций гистонов маркируют эухроматин и гетерохроматин и рекрутируют белки-считыватели, которые поддерживают каждое состояние; например, метилирование H3K9 создает сайт связывания для HP1, нуклеируя и распространяя гетерохроматин, как это сформулировано в рамках гистонового кода.

Mechanisms

Эухроматин маркируется модификациями, связанными с активностью, такими как ацетилирование гистонов и метилирование H3K4, и относительно доступен для транскрипционного аппарата. Гетерохроматин устанавливается репрессивными модификациями: конститутивный гетерохроматин, обнаруживаемый в центромерах и теломерах, характеризуется метилированием гистона H3 по лизину 9, которое рекрутирует белки HP1, компактизирующие хроматин и способные распространять неактивное состояние вдоль хромосомы. Факультативный гетерохроматин, который подавляет гены специфическим для типа клеток образом, ассоциирован с опосредованным Polycomb метилированием H3 по лизину 27; обратная связь «считыватель-писатель», например, с участием субъединицы EED, позволяет репрессивным меткам распространяться и наследоваться. В масштабе ядра большая часть гетерохроматина прикреплена к ядерной ламине в ламина-ассоциированных доменах, что способствует пространственному разделению активных и неактивных компартментов.

Clinical relevance

Баланс между эухроматином и гетерохроматином лежит в основе стабильного подавления генов в процессе развития и инактивации Х-хромосомы, а его нарушение изучается при раке и нарушениях стабильности генома. Эта статья описывает состояния хроматина и их регуляцию для справки и не предоставляет диагностических или лечебных рекомендаций.

History

Цитологическое различие между гетерохроматином и эухроматином восходит к микроскопии начала XX века, когда Эмиль Хайтц описал хромосомные области, которые оставались конденсированными на протяжении всего клеточного цикла. Молекулярное понимание значительно продвинулось около 2001 года, когда было показано, что метилирование H3 по лизину 9 создает платформу для связывания HP1, связывая специфическую модификацию гистонов с формированием гетерохроматина, а гистоновая кодовая гипотеза предложила основу для того, как паттерны модификаций определяют состояния хроматина. Позднее полногеномное картирование определило домены хроматина и их прикрепление к ядерной ламине.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

В чем разница между эухроматином и гетерохроматином?

Эухроматин рыхло упакован и, как правило, допускает транскрипцию генов, в то время как гетерохроматин плотно компактизирован и, как правило, поддерживает гены в неактивном состоянии; они представляют собой доступные и недоступные концы спектра хроматина.

В чем разница между конститутивным и факультативным гетерохроматином?

Конститутивный гетерохроматин постоянно конденсирован в фиксированных областях, таких как центромеры и теломеры, во всех клетках, тогда как факультативный гетерохроматин подавляет определенные гены специфическим для типа клеток или стадии развития образом и, в принципе, может быть обратимым.