Kromoszómák, illetve Magasabb rendű Kromatin Szerkezet

Kromatin válik rendkívül tömör a mitózis során, hogy létrehozzák a kompakt metafázis kromoszómák forgalmazott, hogy lánya magok (lásd az Ábrát 4.12). Az interfázis során a kromatin (heterokromatin) egy része erősen kondenzált marad, transzkripcionálisan inaktív; a kromatin (euchromatin) fennmaradó része dekondenzálódik és eloszlik a magban (8.15 ábra). A sejtek kétféle heterokromatint tartalmaznak. A konstitutív heterokromatin olyan DNS-szekvenciákat tartalmaz, amelyeket soha nem írnak át, például a centromerekben jelen lévő műholdas szekvenciákat. A fakultatív heterokromatin olyan szekvenciákat tartalmaz, amelyek nem a vizsgált sejtben vannak átírva, hanem más sejttípusokban vannak átírva. Következésképpen a fakultatív heterokromatin mennyisége a sejt transzkripciós aktivitásától függően változik. A heterokromatin nagy része a mag perifériájára lokalizálódik, valószínűleg azért, mert a heterokromatinhoz kapcsolódó egyik fő fehérje kötődik a belső nukleáris membrán fehérjéhez.

8.15

heterokromatin az interfázismagokban. Az euchromatin az egész magban eloszlik. A hetero-kromatint nyílhegyek, a nukleolust pedig nyíl jelzi. (Ada L. Olins és Donald E. Olins jóvoltából, Oak Ridge National Laboratory.) (több…)

az X kromoszóma inaktiválásának jelensége példát mutat a heterokromatin szerepére a gén expressziójában. Sok állatban, beleértve az embereket is, a nőstényeknek két X kromoszómájuk van, a hímeknek pedig egy X és egy Y kromoszómájuk. Az X kromoszóma több ezer gént tartalmaz, amelyek nincsenek jelen a sokkal kisebb Y kromoszómán (lásd a 4.26 ábrát). Így a nőstényeknek kétszer annyi X kromoszóma génje van, mint a hímeknek. A különbség ellenére a női és férfi sejtek egyenlő mennyiségben tartalmazzák az X kromoszóma gének által kódolt fehérjéket. Ez egy olyan dóziskompenzációs mechanizmusból származik, amelyben a női sejtekben lévő két X kromoszóma egyikét inaktiválják azáltal, hogy a fejlődés korai szakaszában heterokromatinná alakulnak. Következésképpen az X kromoszómának csak egy példánya áll rendelkezésre női vagy férfi sejtekben történő transzkripcióhoz. Az X kromoszóma inaktiválásának mechanizmusa lenyűgöző, bár még nem teljesen ismert; úgy tűnik, hogy magában foglalja egy szabályozó RNS hatását,amely bevonja az inaktív X kromoszómát, és heterokromatinná alakítja át.

bár úgy tűnik, hogy az interphase kromatin egyenletesen oszlik el, a kromoszómák valójában szervezett módon vannak elrendezve, és diszkrét funkcionális doménekre oszthatók, amelyek fontos szerepet játszanak a génexpresszió szabályozásában. A kromatin nonrandom eloszlását az interfázismagban először 1885-ben javasolta C. Rabl, aki azt javasolta, hogy minden kromoszóma külön területet foglal el, centromerek és telomerek a nukleáris boríték ellentétes oldalaihoz vannak rögzítve (8.16 ábra). A kromoszóma-szervezet ezen alapmodelljét közel száz évvel később (1984-ben) megerősítették a politén kromoszómák részletes vizsgálataival a Drosophila nyálmirigyekben. Ahelyett, hogy véletlenszerűen tekercselnénk egymás körül, minden kromoszómát úgy találták, hogy a mag diszkrét régióját foglalja el (8.17 ábra). A kromoszómák számos helyen szorosan kapcsolódnak a nukleáris borítékhoz, a centromerek és a telomerek egymással szemben helyezkednek el.

8.16. A kromoszómák kézzel rajzolt vázlatainak reprodukálása a salamander sejtekben. A) teljes kromoszómák. B) csak telomerek (a nukleáris membránon helyezkednek el). (C. Rabl, 1885. Morphologisches Jahrbuch 10: 214.)

8.17. ábra

a Drosophila kromoszómák szervezése. A) A mag modellje, amely az öt kromoszóma Kart különböző színekben mutatja. A telomerek és centromerek pozíciói jelennek meg. B) a 3. kromoszóma két karja mutatja a topológiai (több…)

Az egyes kromoszómák az emlőssejtek magjain belül is különálló területeket foglalnak el(8.18 ábra). Úgy tűnik, hogy az aktívan átírt gének ezen területek perifériájára lokalizálódnak, a kromoszómákat elválasztó csatornák mellett. Úgy gondolják, hogy az újonnan átírt RNS-eket ezekre a csatornákra szabadítják fel a kromoszómák között, ahol az RNS-feldolgozás zajlik.

8.18. ábra

kromoszómák szervezése az emlősmagban. A) A 4. kromoszómán ismételt szekvenciák próbáit hibridizálták egy emberi sejthez. A 4. kromoszóma két példánya, amelyet sárga fluoreszcencia azonosított, különálló területeket foglal el a magban. B) (több…)

mint a metafázis kromoszómákban lévő DNS (lásd a 4.ábrát.13) úgy tűnik, hogy az interfázismagokban lévő kromatin körülbelül 50-100 kb DNS-t tartalmazó hurkolt tartományokba szerveződik. Ennek a hurkolt domain szervezetnek jó példáját a kétéltű petesejtek erősen átírt kromoszómái biztosítják, amelyekben a DNS aktívan átírt régiói dekondenzált kromatin kiterjesztett hurkaként jeleníthetők meg (8.19 ábra). Úgy tűnik, hogy ezek a kromatin domének diszkrét funkcionális egységeket képviselnek, amelyek önállóan szabályozzák a gén expresszióját.

8. ábra.19

hurkolt kromatin tartományok. A kétéltű petesejtek kromoszómájának könnyű mikrográfja, amely a erősen kondenzált, nem transzkromatin tengelyéből kinyúló, aktívan átírt kromatin dekondenzált hurkait mutatja. (Joseph Gall jóvoltából, Carnegie Intézet.) (több…)

a kromoszóma-szervezet génexpresszióra gyakorolt hatását számos kísérlet bizonyította, amelyek azt mutatják, hogy egy gén helyzete a kromoszómális DNS-ben befolyásolja a gén expressziójának szintjét. Például a transzgenikus egerekbe bevezetett gének transzkripciós aktivitása az egér genomjába való integrációjuk helyétől függ. A kromoszóma pozíciónak a génexpresszióra gyakorolt hatását a locus control regions néven ismert szekvenciák enyhíthetik, amelyek a bevezetett gének magas szintű expresszióját eredményezik, függetlenül az integráció helyétől. A transzkripciós fokozókkal ellentétben (lásd a 6. fejezetet) a locus control régiók csak a kromoszómális DNS-be integrált transzfektált géneket stimulálják; ezek nem befolyásolják a nem integrált plazmid DNAs expresszióját tranziens vizsgálatokban. Amellett, sokkal inkább, mint befolyásoló egyéni támogatók, a locus ellenőrző régiók jelennek meg, hogy aktiválja nagy kromoszóma tartományok, feltehetően a indukáló hosszú távú változások kromatin szerkezet.

a kromoszómális domének elválasztását határszekvenciák vagy szigetelőelemek tartják fenn, amelyek megakadályozzák, hogy az egyik domain kromatin szerkezete elterjedjen szomszédaira. Ezenkívül a szigetelők olyan akadályokként működnek, amelyek megakadályozzák, hogy az egyik domain enhancerjei a szomszédos tartományban található promóterekre hatjanak. A locus control régiókhoz hasonlóan a szigetelők csak a kromoszómális DNS összefüggésében működnek, ami arra utal, hogy szabályozzák a magasabb rendű kromatinszerkezetet. Bár a lokuszkontroll-régiók és a szigetelők hatásmechanizmusai még tisztázásra várnak, funkcióik egyértelműen jelzik a magasabb rendű kromatin-szervezet fontosságát az eukarióta génexpresszió szabályozásában.