Hromatīns

Hromatīns ir materiāls, no kura sastāv hromosomas. Tas ir DNS un apkārtējo olbaltumvielu komplekss, kas var saspiest ģenētisko materiālu. Traucējumi hromatīna struktūrā var izraisīt nopietnas slimības.

Kas ir hromatīns?

Hromatīns ir DNS, histonu un citu olbaltumvielu maisījums, kas piesaistīts DNS. No tā veidojas DNS-olbaltumvielu komplekss, kura galvenās sastāvdaļas tomēr ir DNS un histoni. Nosaukums hromatīns izriet no šī kompleksa krāsas atdalīšanas ar pamata kodolkrāsām. Visi eikarioti satur hromatīnu.

Prokariotos DNS molekulas galvenokārt ir brīvas un veido gredzena struktūru. Augstākajās eikariotu radībās hromosomu pamatā ir hromatīns. DNS-olbaltumvielu komplekss var saspiest tik daudz, ka nelielu kodolu šūnas kodolā var uzglabāt daudz ģenētiskas informācijas. Histoni ir ļoti senas olbaltumvielu molekulas, kuru ģenētiskais sastāvs un struktūra ir palikuši gandrīz nemainīgi no eikariotiskiem vienšūnu organismiem līdz cilvēkiem.

Anatomija un struktūra

Kā jau minēts, hromatīnu veido DNS, histoni un citi proteīni. Šī kompleksa ietvaros DNS molekula tiek ietīta ap histona paciņu, kas sastāv no astoņiem histoniem. Histoni ir olbaltumvielas, kas sastāv no daudzām pamata aminoskābēm.

Aminogrupas rada pozitīvu lādiņu, bet DNS molekulām ir negatīvs ārējais lādiņš. Šī ir pamatprasība cieta kompleksa veidošanai no DNS un histoniem. Tā saukto histona oktameru (8 histonus) apvij aptuveni 1,65 reizes ar DNS divkāršo virkni. Da atbilst 146 bāzes pāru ķēdes garumam. Tā rezultātā DNS var samazināties 10 000 līdz 50 000 reizes. Tas ir nepieciešams, lai tas iekļautos šūnas kodolā. Iesaiņota histona oktamera vienību sauc arī par nukleosomu. Atsevišķās nukleosomas savukārt ir savienotas viena ar otru, izmantojot linkera histonus. Tādā veidā veidojas nukleosomu ķēde, kas kā 30 nm šķiedra pārstāv augstāku DNS organizatorisko vienību.

Pat stingrā iesaiņojuma ietvaros DNS joprojām var sasniegt ar proteīnu regulējošām molekulām, kas ļauj nolasīt ģenētisko informāciju un pārnest uz olbaltumvielām. Tomēr joprojām ir jānošķir euchromatin un heterochromatin. Ar euchromatīnu DNS ir aktīva. Šeit atrodas gandrīz visi aktīvie gēni, kas kodē un ekspresē olbaltumvielas. Neatkarīgi no attiecīgās hromosomas kondensācijas stāvokļa euchromatīna apgabalā nav strukturālu atšķirību. Heterohromatīns satur neaktīvus vai mazāk aktīvus DNS-olbaltumvielu kompleksus.

Tas ir atbildīgs par kopējā hromatīna strukturālajām īpašībām. Heterohromatīnu, savukārt, var iedalīt divās formās. Tātad pastāv konstitutīvs un fakultatīvs heterohromatīns. Konstitutīvs heterohromatīns nekad netiek izteikts. Tam ir tikai strukturālas funkcijas. Izvēles heterohromatīnu dažreiz var izteikt. Dažādās mitozes un mejozes fāzēs rodas dažādi hromatīna iepakojuma līmeņi. Tā saucamais starpfāzu hromatīns parāda ļoti spēcīgu atslābināšanos, salīdzinot ar metafāzes hromatīnu, jo lielākā daļa olbaltumvielu tiek izteiktas šādā stāvoklī.

Funkcija un uzdevumi

Hromatīna funkcija ir pielāgot ģenētisko informāciju ļoti mazajā šūnu kodola telpā. Tas ir iespējams tikai izveidojot ļoti cieši iesaiņotu DNS-olbaltumvielu kompleksu. Tomēr ir nepieciešams, lai būtu dažādi kondensācijas līmeņi. Kaut arī komplekss ir ļoti cieši iesaiņots klusā un neaktīvā fāzē, aktīvākajos posmos tam jābūt daudz mierīgākam. Bet pat šeit iepakojums joprojām ir ļoti blīvs.

Lai aktivizētu olbaltumvielu sintēzi, ir jāsarauj spēcīgā saite starp atbilstošajiem DNS segmentiem un iesaiņoto histonu. Saistītie histoni bloķē DNS no proteīnu ekspresijas. Dažādi saistošie stāvokļi var radīt arī dažādas gēnu aktivitātes. Šūnas diferenciējas epiģenētisko procesu laikā. Dažādās ķermeņa šūnās DNS ģenētiskā informācija ir vienāda, taču aktivitātes gēnu ekspresijas laikā ir atšķirīgas, tāpēc arī dažādi šūnu veidi veic dažādus uzdevumus.

Slimības

Kļūdas hromatīna struktūrā var izraisīt nopietnas slimības. Šīs kļūdas var izraisīt gēnu aktivitātes maiņu, kas traucē harmoniju ķermeņa šūnu mijiedarbībā. Tās bieži ir ļoti reti sastopamas slimības ar ļoti līdzīgiem simptomiem.

Skartie cilvēki cieš no fiziskām kroplībām un garīgiem traucējumiem. Mehānismi, kas izraisa šos simptomus, joprojām ir pārāk maz zināmi. Tomēr šo attiecību izpēte ir nepieciešama, lai pēc iespējas labāk varētu ārstēt šīs slimības. Divas tipiskas slimības, kuru pamatā ir hromatīna traucējumi, ir Coffin-Siris sindroms un Nicolaides-Baraitser sindroms. Abas slimības ir ģenētiskas. Zārka-Sirisa sindromā rodas pirkstu un pirkstu kaulu iedzimta hipoplāzija, īss augums un garīga atpalicība. Ir dažādas mutācijas, kas izraisa šo slimību, kas ir atbildīgas par noteiktām DNS-olbaltumvielu kompleksa apakšvienībām.

Pastāv gan autosomāli recesīvi, gan autosomāli dominējoši mantojuma veidi. Ārstēšana ir simptomātiska un atkarīga no konkrētiem slimības simptomiem. Nicolaides-Baraitser sindromam ir arī līdzīgi simptomi. Papildus īsam augumam un pirkstu kroplībām šeit notiek arī smaga garīga atpalicība un krampji. Mantojums ir dominējošais autosomāli. Slimība ir ļoti reti sastopama vienam miljonam cilvēku. Vēl viens rets iedzimts stāvoklis, kas saistīts ar hromatīna traucējumiem, ir Kornēlijas de Langes sindroms. Šis sindroms parāda arī daudzas fiziskas kroplības un garīgās attīstības traucējumus.