Hromatin

Hromatin je ćelijski kompleks makromolekula koji sadrži DNK, protein i RNK. Osobito je prijemčiv za specifične boje nukleinskih kiselina.

Primarne funkcije hromatina su:

• (1) upakivanje molekula DNK u manje zapremine da se adekvatno uklopi u jedro
• (2) ojačavanje DNK makromolekula kako bi se omogućila mitoza,
• (3) sprečavanje oštećenja DNK, i
• (4) kontrola ekspresije gena i DNK replikacije.

Proteinske komponente su mu primarno histoni s kompaktnom DNK. Hromatin se nalazi samo u eukariotskih ćelijama, (ćelije s definiranim jedrima). Prokariotske ćelije imaju drugačiju organizaciju njihove DNK (u prokariotskim hromosomima ekvivalent je genofora) a locirana je u nukleoidnom regionu.

Struktura hromatina ovisi o nekoliko faktora. U ukupnoj strukturi ovisi o fazi ćelijskog ciklusa. U interfazi, hromatina je strukturno labav da omogući pristup RNK i DNK polimeraze za prepisivanje genetičke šifre i replikaciju DNK. Lokalna struktura hromatina tokom interfaze zavisi od gena na DNK: kodirajući geni koji se aktivno transkribiraju se pakuju labavije i nalaze se u vezi sa RNK polimerazama (zvanim euhromatin) dok se DNK koja kodira neaktivne ("isključene") gene nalaze u vezi sa strukturnim proteinima i čvršće su pakirani (heterohromatin).

Epigenetička hemijska modifikacija strukturnih proteina u hromatina također mijenjaju lokalne strukture hromatina, a posebno hemijske modifikacije histonskih proteinskih metilacija i acetilacija. Kada se ćelija priprema za podjelu, odnosno ulazi u mitozu ili ]mejozu, hromatinski paketi su čvršći, kako bi se olakšalo razdvajanjer hromosoma] tokom anafaze. U ovoj fazi ćelijskog ciklusa to čini pojedine hromosome u mnogim ćelijama vidljivijim pod optičkim mikroskopom.

Općenito, postoje tri razine organizacije hromatina:

1. DNK se obavija oko histonskih proteina formirajući nukleosome, kao perle na niti, tj. euhromatinsku strukturu.
2. Multipli histoni se uvijaju u 30-nanometarska (30 nm) vlakna koja se sastoje od nukleosomnih nizova u kompaktnom obliku (heterohromatin). In vitro je ustanovljeno da te niti nisu vidljive u dosadašnjim studijama sa X zračenjem ljudskih mitoznih hromosoma.
3. Nadređenost pakovanja DNK vlakana od (30 nm) u metafazi hromosoma (tokom mitoze i mejoze).

Struktura hromatina tokom interfaze je optimizirana, kako bi se omogućila jednostavanna transkripcija i faktora popravka DNK, dok se jedru DNK zbija. Struktura varira u zavisnosti od potreba pristupa do DNK. Geni koji zahtijevaju redovne pristupe RNK polimeraze zahtijevaju promjenu euhromatinske structure.

Tokom ćelijskog ciklusa, hromatin prolazi kroz različite strukturne promjene. Histonski proteini su osnovna pakovanja i aranžeri hromatina, a mogu se mijenjati u raznim post-translacijskim modifikacijama. Posljedice histonske acetilacije se ogledaju u slabljenju i povećanju dostupnosti hromatina za replikaciju i transkripciju. Trimetilacija histona izaziva zbijanje hromatina i smanjuje dostupnost. Novija istraživanja su dokazala bivalentnu strukturu hromatina:

• metilizirani lizinski ostaci na lokaciji 4 i 27 histona 3. Smatra se da to može biti uključeni u razvoju;
• u embrionalnim ćelijama ima više metilacija lizina 27 u odnosu na diferencirane, dok metilacija lizin 4 pozitivno regulira transkripciju ukljičivanjem nukleosomnih remodelirajućih enzima i histonskih acetilza.^[1]

Polikomb-grupe proteina imaju ulogu u regulaciji gena, modulacijom hromatinske strukture.^[2]

U prirodi, DNK može formirati tri strukture, A–, B– i Z–DNK. A– i B–DNK su vrlo slične, formirajući desne helikse, dok je Z–DNK ima obrnuto usmjerenu spiralu (na lijevo), sa cik-cak fosfatima u kičmi. Za Z–DNK se misli da igra određenu ulogu u strukturiranju hromatina i transkripciji zbog sposobnosti spajanja između B– i Z–DNK.

Na priključku B– i Z–DNK, jedan par baza je pomjeren iz normalnog vezivanja. Ovi igmaju dvostruku ulogu sajta prepoznavanja mnogih proteina i kao “perač” za torzijske stresove iz RNK polimeraze ili nukleosomne DNK.

• Jedro
• Hromosom
• Mitoza