Chất nhiễm sắc nguyên nhiễm (Euchromatin) và chất nhiễm sắc dị nhiễm (Heterochromatin)

Chất nhiễm sắc tồn tại liên tục từ dạng lỏng lẻo, giàu gen là euchromatin, nơi các gen có thể dễ dàng được phiên mã, đến dạng cô đặc chặt chẽ là heterochromatin, thường không hoạt động phiên mã. Sự phân chia giữa chất nhiễm sắc dễ tiếp cận và khó tiếp cận này là một nguyên tắc tổ chức cơ bản của bộ gen và là một cơ chế quan trọng để tế bào bật hoặc tắt gen.

Definition

Euchromatin là dạng chất nhiễm sắc được đóng gói lỏng lẻo, thường hoạt động phiên mã, trong khi heterochromatin là dạng được cô đặc chặt chẽ, thường bị ức chế phiên mã; hai dạng này đại diện cho hai thái cực đối lập của phổ khả năng tiếp cận và được phân biệt bởi các biến đổi histone đặc trưng và các protein liên quan.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự phân biệt giữa euchromatin và heterochromatin, các dạng heterochromatin cấu tạo và tùy nghi, các biến đổi histone và protein thiết lập và duy trì mỗi trạng thái, và cách các ngăn này tổ chức nhân tế bào. Đây là một mục tham khảo về các trạng thái chất nhiễm sắc và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Điều gì về cấu trúc và chức năng phân biệt euchromatin với heterochromatin?
• Các trạng thái heterochromatin được thiết lập, lan truyền và kế thừa như thế nào?
• Các ngăn chất nhiễm sắc này tổ chức hoạt động gen trong nhân như thế nào?

Key concepts

• Euchromatin (mở, hoạt động)
• Heterochromatin (cô đặc, bị ức chế)
• Heterochromatin cấu tạo so với tùy nghi
• Methyl hóa H3K9 và HP1
• Ức chế Polycomb và methyl hóa H3K27
• Các miền liên kết với lá nhân

Key theories

Cơ sở mã histone của các trạng thái chất nhiễm sắc

Các sự kết hợp khác nhau của các biến đổi histone đánh dấu euchromatin và heterochromatin và tuyển dụng các protein đọc để thực thi mỗi trạng thái; ví dụ, methyl hóa H3K9 tạo ra một vị trí liên kết cho HP1, khởi tạo và lan truyền heterochromatin, như được trình bày trong khuôn khổ mã histone.

Mechanisms

Euchromatin được đánh dấu bằng các biến đổi liên quan đến hoạt động, chẳng hạn như acetyl hóa histone và methyl hóa H3K4, và tương đối dễ tiếp cận với bộ máy phiên mã. Heterochromatin được thiết lập bởi các biến đổi ức chế: heterochromatin cấu tạo, được tìm thấy ở tâm động và telomere, được đặc trưng bởi sự methyl hóa histone H3 tại lysine 9, chất này tuyển dụng các protein HP1 làm cô đặc chất nhiễm sắc và có thể lan truyền trạng thái im lặng dọc theo nhiễm sắc thể. Heterochromatin tùy nghi, làm im lặng các gen theo cách đặc hiệu cho từng loại tế bào, có liên quan đến sự methyl hóa H3 tại lysine 27 do Polycomb làm trung gian; phản hồi đọc-ghi, chẳng hạn như phản hồi liên quan đến tiểu đơn vị EED, cho phép các dấu hiệu ức chế lan truyền và được kế thừa. Ở cấp độ nhân, phần lớn heterochromatin được gắn vào lá nhân trong các vùng liên kết với lá nhân, góp phần vào sự phân tách không gian của các ngăn hoạt động và im lặng.

Clinical relevance

Sự cân bằng giữa euchromatin và heterochromatin là cơ sở cho sự im lặng gen ổn định trong quá trình phát triển và bất hoạt nhiễm sắc thể X, và sự gián đoạn của nó được nghiên cứu trong bệnh ung thư và các rối loạn ổn định bộ gen. Mục này mô tả các trạng thái chất nhiễm sắc và sự điều hòa của chúng để tham khảo và không cung cấp hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Sự phân biệt tế bào học giữa heterochromatin và euchromatin có từ những năm đầu thế kỷ XX, khi Emil Heitz mô tả các vùng nhiễm sắc thể vẫn cô đặc trong suốt chu kỳ tế bào. Sự hiểu biết ở cấp độ phân tử đã tiến bộ đáng kể vào khoảng năm 2001, khi sự methyl hóa H3 lysine 9 được chứng minh là tạo ra một nền tảng liên kết cho HP1, liên kết một biến đổi histone cụ thể với sự hình thành heterochromatin, và giả thuyết mã histone đã đưa ra một khuôn khổ về cách các mô hình biến đổi xác định các trạng thái chất nhiễm sắc. Việc lập bản đồ toàn bộ bộ gen sau đó đã xác định các miền chất nhiễm sắc và sự gắn kết của chúng với lá nhân.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa euchromatin và heterochromatin là gì?

Euchromatin được đóng gói lỏng lẻo và thường cho phép phiên mã gen, trong khi heterochromatin được cô đặc chặt chẽ và thường giữ cho các gen im lặng; chúng đại diện cho các thái cực dễ tiếp cận và khó tiếp cận của phổ chất nhiễm sắc.

Sự khác biệt giữa heterochromatin cấu tạo và tùy nghi là gì?

Heterochromatin cấu tạo được cô đặc vĩnh viễn ở các vùng cố định như tâm động và telomere trong tất cả các tế bào, trong khi heterochromatin tùy nghi làm im lặng các gen cụ thể theo cách đặc hiệu cho từng loại tế bào hoặc giai đoạn phát triển và về nguyên tắc có thể đảo ngược.