Kromatin: zgradba, delovanje in bolezni

Kromatin je material, ki ga sestavlja kromosomi. Predstavlja kompleks DNA in okolice beljakovin ki lahko stisne genski material. Motnje v kromatin struktura lahko vodi do hude bolezni.

Kaj je kromatin?

Kromatin je mešanica DNA, histonov in drugega beljakovin vezan na DNA. Ta tvori DNA-beljakovinski kompleks, vendar so njegove glavne sestavine DNA in histoni. Ime kromatin izhaja iz obstojnosti tega kompleksa z osnovnim jedrom barvila. Vsi evkarionti vsebujejo kromatin. V prokariontih DNK molekule so večinoma proste in tvorijo obročasto strukturo. V višjih evkariontskih organizmih je osnova kromatina kromosomi. Kompleks DNA-beljakovin se lahko stisne do te mere, da je v majhnem prostoru v celičnem jedru mogoče shraniti veliko genskih informacij. Histoni so zelo starodavne beljakovine molekule katerih genetska sestava in zgradba sta ostali skoraj nespremenjeni od evkariontskih praživali do ljudi.

Anatomija in zgradba

Kot smo že omenili, je kromatin sestavljen iz DNA, histonov in drugega beljakovin. Znotraj tega kompleksa je molekula DNA ovita okoli histonskega paketa z osmimi histoni. Histoni so beljakovine, ki so sestavljene iz mnogih osnovnih snovi aminokisline. Aminokisline generirajo pozitiven naboj, medtem ko DNA molekule imajo zunanji negativni naboj. To je osnovna zahteva za tvorbo trdnega kompleksa DNA in histonov. V tem postopku se tako imenovani histonski oktamer (8 histonov) približno 1.65-krat ovije z dvojno verigo DNA. To ustreza dolžini verige 146 baznih parov. Posledično se DNK lahko zmanjša od 10,000 do 50,000-krat. To je potrebno, da se prilega celičnemu jedru. Enota ovitega histonskega oktamerja se imenuje tudi nukleosom. Posamezni nukleosomi so med seboj povezani s povezovalnimi histoni. Tako nastane veriga nukleosomov, ki kot 30nm vlakno predstavlja višjo organizacijsko enoto DNA. Tudi v gostih embalažah lahko do DNA še vedno dostopajo regulativne beljakovinske molekule, ki omogočajo branje in prenos genetskih informacij v beljakovine. Vendar je treba še vedno razlikovati med evhromatinom in heterokromatinom. V evhromatinu je DNK aktivna. Tu se nahajajo skoraj vsi aktivni geni, ki lahko kodirajo in izražajo beljakovine. Na področju evhromatina ni strukturnih razlik, ne glede na to, v katerem kondenzacijskem stanju je posamezni kromosom. Heterokromatin vsebuje neaktivne ali nizkoaktivne komplekse DNA-beljakovin. Odgovorna je za strukturno naravo celotnega kromatina. Heterokromatin pa lahko razdelimo v dve obliki. Tako obstajata konstitutivni in fakultativni heterokromatin. Konstitutivni heterokromatin se nikoli ne izrazi. Ima samo strukturne funkcije. Včasih se lahko izrazi fakultativni heterokromatin. V različnih fazah mitoze in mejozase tvorijo različne stopnje pakiranja kromatina. V tem procesu tako imenovani medfazni kromatin kaže zelo močno rahljanje v primerjavi z metafaznim kromatinom, saj se večina beljakovin izrazi v tem stanju.

Funkcija in naloge

Naloga kromatina je prilagoditi genetske informacije v zelo majhnem prostoru jedra. To je mogoče le z oblikovanjem zelo tesno zapletenega kompleksa DNA-beljakovin. Vendar to zahteva obstoj različnih stopenj kondenzacije. Čeprav je kompleks zelo gosto zapakiran v mirujoči in neaktivni fazi, ga je treba v bolj aktivnih fazah bolj sprostiti. Toda tudi tukaj je embalaža še vedno zelo gosta. Za aktiviranje sinteze beljakovin se mora sprostiti močna vezava med ustreznimi segmenti DNA in zavitim histonom. Vezani histoni blokirajo DNA, da izrazi beljakovine. Tako lahko različna vezavna stanja proizvajajo tudi različne aktivnosti genov. V tem procesu pride do diferenciacije celic kot del epigenetskih procesov. Čeprav so genetske informacije o DNK v različnih telesnih celicah enake, pa dejavnosti v gen izražanja se razlikujejo, tako da različne vrste celic opravljajo tudi različne naloge.

Bolezni

Napake v strukturi kromatina lahko vodi te napake lahko povzročijo premike dejavnosti gen aktivnosti, ki motijo ​​harmonijo medsebojnega delovanja telesnih celic. To so pogosto zelo redke bolezni, katerih simptomi so zelo podobni. Prizadeti posamezniki trpijo zaradi telesnih deformacij in duševnih motenj. Mehanizmi, ki povzročajo te simptome, so še vedno premalo znani. Vendar pa je treba raziskati te odnose, da bi lahko te bolezni zdravili na najboljši možen način. Tipični bolezni, ki temeljita na motnjah kromatina, sta Coffin-Sirisov sindrom in Nicolaides-Baraitserjev sindrom. Obe bolezni sta genetsko pogojeni. Pri Coffin-Sirisovem sindromu prirojena hipoplazija prst in nožni prst kosti, nizke rasti in duševno zaostalost pojavijo. Za sprožitev te bolezni so odgovorne različne mutacije, ki so odgovorne za nekatere podenote kompleksa DNA-protein. Obstajajo avtosomno recesivna in avtosomno dominantna dediščina. Zdravljenje je simptomatsko in je odvisno od izrazitih simptomov bolezni. Tudi Nicolaides-Baraitserjev sindrom se kaže s podobnimi simptomi. Poleg nizke rasti in nepravilnosti prstov, hudo duševno zaostalost pojavijo se tudi napadi. Dedovanje je avtosomno prevladujoče. Bolezen je zelo redka in se pojavi pri enem milijonu ljudi. Druga redka dedna motnja, povezana z motnjo kromatina, je sindrom Cornelia de Lange. Ta sindrom ima tudi številne telesne malformacije in motnje v intelektualnem razvoju.