Kromatin

Kromatin je material, iz katerega so sestavljeni kromosomi. Je kompleks DNK in okoliških beljakovin, ki lahko stisnejo genetski material. Motnje v strukturi kromatina lahko vodijo do resnih bolezni.

Kaj je kromatin?

Kromatin je mešanica DNK, histonov in drugih beljakovin, vezanih na DNK. Iz tega se oblikuje protein-beljakovinski kompleks, katerega glavna sestavna dela sta DNK in histoni. Ime kromatin je posledica razbarvanja tega kompleksa z osnovnimi jedrskimi barvili. Vsi evkarioti vsebujejo kromatin.

V prokariotih so molekule DNK večinoma proste in tvorijo obročno strukturo. Pri višjih evkariontskih bitjih je kromatin osnova kromosomov. Kombinacija DNA-proteina se lahko stisne toliko, da se lahko v majhnem prostoru v celičnem jedru shrani veliko genetskih informacij. Histoni so zelo stare molekule beljakovin, katerih genetska sestava in struktura sta od evkariontskih enoceličnih organizmov do človeka skoraj nespremenjena.

Anatomija in struktura

Kot smo že omenili, je kromatin sestavljen iz DNK, histonov in drugih proteinov. Kot del tega kompleksa je molekula DNA ovita okoli histonskega paketa, sestavljenega iz osmih histonov. Histoni so beljakovine, ki jih sestavljajo številne osnovne aminokisline.

Amino skupine ustvarjajo pozitiven naboj, molekule DNK pa zunanji naboj. To je osnovna zahteva za tvorbo trdnega kompleksa iz DNK in histonov. Tako imenovani histonski oktamer (8 histonov) je okoli 1,65 krat ovit z dvojnim nizom DNK. Da ustreza verigi dolžine 146 baznih parov. Kot rezultat, se lahko DNK skrči od 10.000 do 50.000-krat. To je potrebno, da se prilega v celično jedro. Enota zavitega histonskega oktamerja je znana tudi kot nukleosom. Posamezni nukleozomi so med seboj povezani preko povezovalnih histonov. Na ta način se oblikuje veriga nukleozomov, ki kot 30 nm vlakno predstavljajo višjo organizacijsko enoto DNK.

Tudi znotraj tesne embalaže lahko DNK še vedno dosežemo z regulativnimi molekulami beljakovin, ki omogočajo branje genetskih informacij in njihovo prenašanje na beljakovine. Kljub temu je treba razlikovati med euhromatinom in heterokromatinom. Z evkromatinom je DNK aktivna. Tu se nahajajo skoraj vsi aktivni geni, ki kodirajo in izražajo beljakovine. V območju evkromatina ni strukturnih razlik, ne glede na kondenzacijsko stanje posameznega kromosoma. Heterokromatin vsebuje neaktivne ali manj aktivne komplekse DNA-proteina.

Odgovoren je za strukturne lastnosti skupnega kromatina. Heterokromatin lahko razdelimo na dve obliki. Torej obstaja konstitutivni in fakultativni heterokromatin. Konstitutivni heterokromatin ni nikoli izražen. Ima samo strukturne funkcije. Neobvezen heterokromatin se lahko včasih izrazi. V različnih fazah mitoze in mejoze se pojavijo različne ravni pakiranja kromatina. Tako imenovani interfazni kromatin kaže zelo močno popuščanje v primerjavi z metafaznim kromatinom, saj se večina beljakovin izraža v tem stanju.

Funkcija in naloge

Funkcija kromatina je prilagajanje genetskih informacij v zelo majhnem prostoru celičnega jedra. To je možno le s tvorbo zelo tesno pakiranega kompleksa DNK-proteinov. Vendar je potrebno, da obstajajo različne stopnje kondenzacije. Medtem ko je kompleks v mirni in neaktivni fazi zelo tesno zapakiran, mora biti v bolj aktivnih fazah bolj sproščen. Toda tudi tu je paket še vedno zelo tesen.

Za aktiviranje sinteze beljakovin je treba pretrgati močno vez med ustreznimi segmenti DNK in zavitim histonom. Vezani histoni blokirajo DNA iz ekspresnih proteinov. Različna vezavna stanja lahko ustvarijo tudi različne aktivnosti genov. Celice se med epigenetskimi procesi razlikujejo. Genetske informacije DNK so v različnih telesnih celicah enake, vendar so aktivnosti med izražanjem genov različne, tako da različne vrste celic prevzamejo tudi različne naloge.

Bolezni

Napake v strukturi kromatina lahko vodijo do resnih bolezni. Te napake lahko povzročijo premike v genski aktivnosti, ki motijo ​​harmonijo medsebojnega delovanja telesnih celic. To so pogosto zelo redke bolezni z zelo podobnimi simptomi.

Prizadeti ljudje trpijo zaradi telesnih okvar in duševnih okvar. Mehanizmi, ki povzročajo te simptome, so še vedno premalo znani. Vendar so raziskave teh odnosov potrebne, da lahko te bolezni zdravimo kar najbolje. Dve značilni bolezni, ki temeljita na kromatinskih motnjah, sta sindrom Coffin-Siris in sindrom Nicolaides-Baraitser. Obe bolezni sta genetski. Pri Coffin-Sirisovem sindromu se pojavijo prirojene hipoplazije kosti prsta in nožnih prstov, kratka rast in duševna zaostalost. Obstajajo različne mutacije, ki sprožijo to bolezen, ki so odgovorne za določene podenote kompleksa DNA-proteina.

Obstajajo avtosomno recesivni in avtozomno dominantni vzorci dedovanja. Zdravljenje je simptomatsko in je odvisno od specifičnih simptomov bolezni. Podobne simptome ima tudi sindrom Nicolaides-Baraitser. Poleg kratke rasti in nepravilnosti na prstih se tu pojavijo tudi hude duševne zaostalosti in napadi. Dedovanje je avtosomno prevladujoče. Pogoj je zelo redek, prizadene enega na milijon ljudi. Drugo redko dedno stanje, povezano z motnjo kromatina, je sindrom Cornelia de Lange. Ta sindrom kaže tudi veliko telesnih okvar in motenj v duševnem razvoju.