EUCHROMATIN: STRUKTUR UND FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Das Euchromatin ist der Teil der eukaryotischen Chromosomen, der aus leicht gepacktem Chromatin besteht und die meisten kodierenden Gensequenzen des Genoms vieler Organismen enthält.

Diese Region der eukaryotischen Chromosomen ist mit transkriptionell aktiven Bereichen assoziiert, weshalb sie für die Zellen eines Organismus von großer Bedeutung ist. Es ist deutlich sichtbar in Zellen, die sich nicht teilen, da es beim Kondensieren oder Verdichten zu einem Heterochromatin wird, ein Schritt vor der mitotischen und / oder meiotischen Zellteilung.

Euchromatin ist für die Transkriptionsmaschinerie zugänglich (Quelle: Wenqiang Shi über Wikimedia Commons)

Euchromatin ist also eine der beiden Arten der strukturellen Organisation von Chromatin, die zweite ist Heterochromatin, das fakultativ oder konstitutiv sein kann.

Struktur

Die Struktur von Euchromatin kann genau wie die Struktur von Chromatin in vielen Lehrbüchern beschrieben werden, da einer der wenigen Unterschiede zwischen letzterem und Heterochromatin der Grad der Verdichtung oder Kondensation des DNA + -Proteinstrangs ist.

Chromatin

Die DNA eukaryotischer Organismen befindet sich im Zellkern in enger Verbindung mit einer Vielzahl von Proteinen. Unter diesen Proteinen gibt es einige von erheblicher Bedeutung, Histone, die für das "Organisieren" und Kondensieren der chromosomalen DNA-Stränge verantwortlich sind, wodurch diese großen Moleküle auf so kleinem Raum "eintreten" und die Expression von Genen steuern können.

Jedes eukaryotische Chromosom besteht aus einem einzelnen DNA-Strang und einer großen Anzahl von Histonproteinen. Diese Strukturen sind signifikant dynamisch, da ihr Verdichtungsgrad nicht nur in Abhängigkeit von den zellulären Transkriptionsbedürfnissen, sondern auch in Abhängigkeit vom Moment des Zellzyklus und einigen Umweltsignalen verändert wird.

Änderungen der Chromatinverdichtung beeinflussen auf die eine oder andere Weise das Ausmaß der genetischen Expression (in einigen Regionen mehr als in anderen), daher entspricht es einem Grad der epigenetischen Regulation von Informationen.

Mit Histonen kann die Länge der DNA-Stränge jedes Chromosoms um fast das 50-fache verkürzt werden, was besonders bei der Zellteilung wichtig ist, da die Chromatin-Verdichtung die korrekte Trennung der Chromosomen zwischen den Tochterzellen gewährleistet.

Das Histonoctamer

Die DNA-Moleküle eukaryotischer Chromosomen sind um eine "zylindrische" Struktur gewickelt, die aus acht Histonproteinen besteht: H2A, H2B, H3 und H4. Der oktamere Kern besteht aus zwei Dimeren von H2A und H2B und einem Tetramer der H3- und H4-Proteine.

Histone sind basische Proteine, da sie eine große Anzahl positiv geladener Aminosäurereste aufweisen, wie beispielsweise Lysin und Arginin. Diese positiven Ladungen interagieren elektrostatisch mit den negativen Ladungen von DNA-Molekülen und begünstigen deren Vereinigung mit dem Proteinkern.

Jedes Histonoctamer wickelt sich um 146 Basenpaare und bildet ein sogenanntes Nukleosom. Chromatin besteht aus aufeinanderfolgenden Nukleosomen, die durch ein kurzes Stück DNA und ein Histonbrücken- oder Verbindungsprotein namens H1 miteinander verbunden sind. Diese Konfiguration verringert die Länge der DNA im Vergleich zur ursprünglichen Länge um das 7-fache.

Histonproteine ​​haben auch Aminosäureschwänze, die aus den Nukleosomen herausragen und kovalente Modifikationen erfahren können, die den Verdichtungsgrad von Chromatin verändern können (die Verdichtung wird auch durch kovalente Modifikationen der DNA beeinflusst, wie z Cytokinmethylierung, die die Verdichtung begünstigt).

Abhängig von der Lebensdauer jeder Zelle kann sich der aus Nukleosomen bestehende Strang weiter verdichten und eine Faserstruktur bilden, die als „30-nm-Faser“ bekannt ist und die Länge des DNA-Moleküls um das Siebenfache verkürzt.

Diese 30-nm-Faser kann im Kern in Form von Radialschleifen organisiert werden. Diese Schleifen zeichnen sich durch transkriptionell aktive Gene aus und entsprechen Euchromatin.

Euchromatin und Heterochromatin

Euchromatin und Heterochromatin sind die beiden Arten der Chromatinorganisation. Heterochromatin ist der kompakteste oder "geschlossenste" Teil eines Chromosoms; es ist gekennzeichnet durch die biochemischen Markierungen von Hypoacetylierung und Hypermethylierung (bei höheren Eukaryoten die Methylierung von Rest 9 von Histon H3).

Mit Heterochromatin assoziiert sind transkriptionsstille genomische Regionen, Regionen repetitiver Sequenzen und "Reste" Regionen eindringender transponierbarer Elemente und Retrotransposons, um nur einige zu nennen.

Die Organisation von Chromatin im Zellkern (Quelle: Sha, K. und Boyer, LA Die Chromatinsignatur pluripotenter Zellen (31. Mai 2009), StemBook, Hrsg. The Stem Cell Research Community, StemBook, doi / 10.3824 / stembook. 1.45.1, http://www.stembook.org (über Wikimedia Commons)

Heterochromatin setzt die telomeren und zentromeren Regionen der Chromosomen zusammen, die für den Schutz der Enden dieser Strukturen und für ihre korrekte Trennung während Zellteilungsereignissen funktionell wichtig sind.

Zusätzlich kann abhängig von den Transkriptionsbedürfnissen einer Zelle ein Teil des Chromatins zu einem Zeitpunkt heterochromatin sein und diese Verdichtung zu einem anderen Zeitpunkt freisetzen.

Im Gegensatz dazu ist Euchromatin durch Hyperacetylierung und Hypomethylierung gekennzeichnet, insbesondere durch Acetylgruppen- "Tags" am Lysinrest 4 der Histone H3 und H4.

Es entspricht den "lockereren" Regionen des Chromatins und stellt gewöhnlich die transkriptionell aktivsten Teile dar, dh wo die größte Anzahl von codierenden Genen gruppiert ist.

Funktionen von Euchromatin

Euchromatin ist im Zellkern sehr häufig, wenn sich die Zellen nicht teilen, dh wenn die Chromosomen nicht kondensiert sind und nicht ihre charakteristische Form aufweisen.

Da dieser Teil des Chromatins die größte Anzahl transkriptionell aktiver Gene enthält, hat Euchromatin wichtige Funktionen in der Entwicklung sowie im Stoffwechsel, in der Physiologie und in der Regulation lebenswichtiger biologischer Prozesse, die den Zellen innewohnen.

Warum?

Denn die „aktiven“ Gene kodieren für alle Proteine ​​und Enzyme, die zur Durchführung aller Stoffwechsel- und physiologischen Prozesse einer Zelle erforderlich sind.

Diejenigen Gene, die nicht für Proteine ​​kodieren, sondern auch unter dem Gesichtspunkt der Transkription aktiv sind, haben normalerweise regulatorische Funktionen, dh sie kodieren für kleine RNA-Moleküle, für Transkriptionsfaktoren, ribosomale RNAs usw.

Daher hängt die Regulation von Transkriptionsprozessen auch von den in Euchromatin enthaltenen Informationen sowie von der Regulation von Prozessen im Zusammenhang mit Zellteilung und Wachstum ab.

Verweise

1. Brooker, R., Widmaier, E., Graham, L., Stiling, P., Hasenkampf, C., Hunter, F., … & Riggs, D. (2010). Biologie.
2. Eissenberg, J., Elgin, S. (2005) Heterochromatin und Euchromatin. Enzyklopädie der Biowissenschaften. John Wiley & Sons, Ltd.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT & Miller, JH (2005). Eine Einführung in die genetische Analyse. Macmillan.
4. M. Grunstein, A. Hecht, G. Fisher-Adams, J. Wan, RK Mann, S. Strahl-Bolsinger, S. & S. Gasser (1995). Die Regulation von Euchromatin und Heterochromatin durch Histone in Hefe. J Cell Sci, 1995 (Ergänzung 19), 29-36.
5. Tamaru, H. (2010). Begrenzung des Territoriums von Euchromatin / Heterochromatin: Jumonji überschreitet die Grenze. Genes & Development, 24 (14), 1465 & ndash; 1478.