figur 8.15

Heterochromatin i interfasekerner. Euchromatin fordeles gennem kernen. Hetero-kromatinet er angivet med pilespidser og nucleolus med en pil. (Med tilladelse fra Ada L. Olins og Donald E. Olins, Oak Ridge National Laboratory.) (mere…fænomenet kromosom inaktivering giver et eksempel på heterochromatins rolle i genekspression. I mange dyr, herunder mennesker, har kvinder to kromosomer, og mænd har et Y-og et Y-kromosom. Kromosomet indeholder tusindvis af gener, der ikke er til stede på det meget mindre Y-kromosom (se figur 4.26). Kvinder har således dobbelt så mange kromosom-gener som mænd har. På trods af denne forskel indeholder kvindelige og mandlige celler lige store mængder proteiner kodet af kromosom-gener. Dette skyldes en dosiskompensationsmekanisme, hvor en af de to kromosomer i kvindelige celler inaktiveres ved at blive omdannet til heterochromatin tidligt i udviklingen. Derfor er kun en kopi af kromosom tilgængelig til transkription i enten kvindelige eller mandlige celler. Mekanismen for kromosom inaktivering er fascinerende, men endnu ikke fuldt ud forstået; det ser ud til at involvere virkningen af et regulatorisk RNA, der belægger det inaktive kromosom og inducerer dets omdannelse til heterochromatin.

selvom interfasekromatin ser ud til at være ensartet fordelt, er kromosomerne faktisk arrangeret på en organiseret måde og opdelt i diskrete funktionelle domæner, der spiller en vigtig rolle i reguleringen af genekspression. Den ikke-tilfældige fordeling af kromatin inden for interfasekernen blev først foreslået i 1885 af C. Rabl, der foreslog, at hvert kromosom indtager et særskilt område med centromerer og telomerer fastgjort til modsatte sider af den nukleare konvolut (figur 8.16). Denne grundlæggende model for kromosomorganisation blev bekræftet næsten hundrede år senere (i 1984) ved detaljerede undersøgelser af polytenkromosomer i Drosophila spytkirtler. I stedet for tilfældigt at vikle rundt om hinanden, blev hvert kromosom fundet at optage et diskret område af kernen (figur 8.17). Kromosomerne er tæt forbundet med den nukleare kuvert på mange steder med deres centromerer og telomerer grupperet ved modsatte poler.

figur 8.16

Kromosomorganisation. Reproduktion af håndtegnede skitser af kromosomer i salamanderceller. A) komplette kromosomer. B) kun telomerer (placeret ved kernemembranen). (Fra C. Rabl, 1885. Morfologisches Jahrbuch 10: 214.)

figur 8.17

Organisation af Drosophila kromosomer. (A) en model af kernen, der viser de fem kromosomarme i forskellige farver. Placeringen af telomerer og centromerer er angivet. (B) de to arme af kromosom 3 er vist for at illustrere den topologiske (mere…)

individuelle kromosomer optager også forskellige områder inden for kernerne i pattedyrceller (figur 8.18). Aktivt transkriberede gener synes at være lokaliseret til periferien af disse områder, der støder op til kanaler, der adskiller kromosomerne. Nyligt transkriberede RNA ‘ er menes at blive frigivet i disse kanaler mellem kromosomer, hvor RNA-behandling finder sted.

figur 8.18

organisering af kromosomer i pattedyrskernen. (A) prober til gentagne sekvenser på kromosom 4 blev hybridiseret til en human celle. De to kopier af kromosom 4, identificeret ved gul fluorescens, besætter forskellige territorier i kernen. (B) (mere…)

ligesom DNA ‘ et i metafasekromosomer (se figur 4.13) ser kromatinet i interfasekerner ud til at være organiseret i loopede domæner, der indeholder cirka 50 til 100 kb DNA. Et godt eksempel på denne looped-domain organisation er tilvejebragt af de stærkt transkriberede kromosomer af amfibiske oocytter, hvor aktivt transkriberede regioner af DNA kan visualiseres som udvidede sløjfer af dekondenseret kromatin (figur 8.19). Disse kromatindomæner ser ud til at repræsentere diskrete funktionelle enheder, som uafhængigt regulerer genekspression.

figur 8.19

loopede kromatindomæner. Lys mikrograf af et kromosom af amfibiske oocytter, der viser dekondenserede sløjfer af aktivt transkriberet kromatin, der strækker sig fra en akse af stærkt kondenseret ikke-transkriberet kromatin. (Venligst udlånt af Joseph Gall, Carnegie Institute.) (mere…)

virkningerne af kromosomorganisation på genekspression er blevet demonstreret ved en række eksperimenter, der viser, at positionen af et gen i kromosomalt DNA påvirker det niveau, hvor genet udtrykkes. For eksempel afhænger den transkriptionelle aktivitet af gener, der indføres i transgene mus, af deres integrationssteder i musgenomet. Denne effekt af kromosomal position på genekspression kan lindres ved sekvenser kendt som locus kontrolregioner, hvilket resulterer i et højt ekspressionsniveau for de introducerede gener uanset deres integrationssted. I modsætning til transkriptionsforstærkere (se Kapitel 6) stimulerer locus-kontrolregioner kun transficerede gener, der er integreret i kromosomalt DNA; de påvirker ikke ekspressionen af uintegrerede plasmid-DNA ‘ er i forbigående analyser. I stedet for at påvirke individuelle promotorer ser locus-kontrolregioner ud til at aktivere store kromosomdomæner, formodentlig ved at inducere langtrækkende ændringer i kromatinstruktur.

adskillelsen mellem kromosomale domæner opretholdes af grænsesekvenser eller isolatorelementer, som forhindrer kromatinstrukturen i et domæne i at sprede sig til dets naboer. Derudover fungerer isolatorer som barrierer, der forhindrer forstærkere i et domæne i at virke på promotorer placeret i et tilstødende domæne. Ligesom locus-kontrolregioner fungerer isolatorer kun i sammenhæng med kromosomalt DNA, hvilket antyder, at de regulerer kromatinstruktur med højere orden. Selvom virkningsmekanismerne for locus-kontrolregioner og isolatorer fortsat skal belyses, indikerer deres funktioner tydeligt vigtigheden af kromatinorganisation med højere orden i kontrollen af eukaryot genekspression.