Chromatin

Chromatin je materiál, ze kterého jsou chromozomy složeny. Je to komplex DNA a okolních proteinů, které mohou komprimovat genetický materiál. Poruchy chromatinové struktury mohou vést k vážným onemocněním.

Co je chromatin?

Chromatin je směs DNA, histonů a dalších proteinů navázaných na DNA. Z toho se vytvoří komplex DNA-protein, jehož hlavními složkami jsou však DNA a histony. Název chromatin je výsledkem zabarvení tohoto komplexu pomocí základních jaderných barviv. Všechny eukaryoty obsahují chromatin.

V prokaryotech jsou molekuly DNA převážně volné a vytvářejí prstencovou strukturu. Ve vyšších eukaryotických tvorech je chromatin základem chromozomů. Komplex DNA-protein může komprimovat natolik, že mnoho genetických informací může být uloženo v malém prostoru v buněčném jádru. Histony jsou velmi staré proteinové molekuly, jejichž genetické složení a struktura se od eukaryotických jednobuněčných organismů po člověka téměř nezměnily.

Anatomie a struktura

Jak již bylo zmíněno, chromatin se skládá z DNA, histonů a dalších proteinů. V rámci tohoto komplexu je molekula DNA ovinuta kolem histonového paketu tvořeného osmi histony. Histony jsou proteiny, které se skládají z mnoha základních aminokyselin.

Aminoskupiny vytvářejí kladný náboj, zatímco molekuly DNA mají záporný vnější náboj. To je základní požadavek na vytvoření pevného komplexu z DNA a histonů. Takzvaný histonový oktamer (8 histonů) je obalen asi 1,65krát dvojitým řetězcem DNA. Da odpovídá délce řetězce 146 párů bází. Výsledkem může být zmenšení DNA 10 000 až 50 000 krát. To je nutné, aby zapadalo do buněčného jádra. Jednotka zabaleného histonového oktameru je také známa jako nukleozom. Jednotlivé nukleosomy jsou zase navzájem spojeny prostřednictvím linkerových histonů. Tímto způsobem se vytvoří řetězec nukleosomů, které jako 30 nm vlákno představují vyšší organizační jednotku DNA.

I v těsném balení může být DNA stále dosažena pomocí molekul regulačních proteinů, které umožňují čtení a přenos genetických informací do proteinů. Je však třeba rozlišovat mezi euchromatinem a heterochromatinem. S euchromatinem je DNA aktivní. Nachází se zde téměř všechny aktivní geny, které kódují a exprimují proteiny. V oblasti euchromatinu neexistují strukturální rozdíly, bez ohledu na kondenzační stav příslušného chromozomu. Heterochromatin obsahuje neaktivní nebo méně aktivní komplexy DNA-protein.

Je zodpovědný za strukturální vlastnosti celkového chromatinu. Heterochromatin lze dále rozdělit do dvou forem. Existuje tedy konstitutivní a fakultativní heterochromatin. Konstituční heterochromatin není nikdy exprimován. Má pouze strukturální funkce. Případný heterochromatin může být někdy exprimován. V různých fázích mitózy a meiózy se objevují různé hladiny chromatinu. Tzv. Interfázový chromatin vykazuje velmi silné uvolnění oproti metafázovému chromatinu, protože většina proteinů je v tomto stavu exprimována.

Funkce a úkoly

Funkce chromatinu spočívá v přizpůsobení genetické informace ve velmi malém prostoru buněčného jádra. To je možné pouze vytvořením velmi těsně zabaleného komplexu DNA-protein. Je však nutné, aby existovaly různé úrovně kondenzace. Zatímco komplex je velmi pevně zabalen v klidné a neaktivní fázi, musí být uvolněnější v aktivnějších fázích. Ale i zde je balení stále velmi těsné.

K aktivaci syntézy bílkovin musí být přerušena silná vazba mezi odpovídajícími segmenty DNA a zabaleným histonem. Vázané histony blokují DNA v expresi proteinů. Různé vazebné stavy mohou také generovat různé aktivity genů. Buňky se diferencují v průběhu epigenetických procesů. Genetická informace o DNA je v různých tělních buňkách stejná, ale činnosti spojené s genovou expresí jsou různé, takže různé typy buněk také plní různé úkoly.

Nemoci

Chyby ve struktuře chromatinu mohou vést k vážným onemocněním. Tyto chyby mohou vést k posunům v genové aktivitě, které narušují harmonii v interakci buněk těla. Jedná se často o velmi vzácná onemocnění s velmi podobnými příznaky.

Postižení lidé trpí fyzickými malformacemi a mentálním postižením. Mechanismy, které tyto příznaky způsobují, jsou stále příliš známé. Výzkum těchto vztahů je však nezbytný, aby bylo možné tyto nemoci léčit nejlepším možným způsobem. Dvě typická onemocnění založená na chromatinových poruchách jsou syndrom Coffin-Siris a Nicolaides-Baraitserův syndrom. Obě choroby jsou genetické. U Coffin-Sirisova syndromu dochází k vrozené hypoplasii kostí prstů a prstů, krátkému vzrůstu a mentální retardaci. Existují různé mutace, které spouštějí tuto nemoc, které jsou zodpovědné za určité podjednotky komplexu DNA-protein.

Existují autozomálně recesivní i autozomálně dominantní dědičnosti. Léčba je symptomatická a závisí na konkrétních symptomech onemocnění. Nicolaides-Baraitserův syndrom má také podobné příznaky. Kromě krátké postavy a malformace prstů se zde vyskytuje také těžká mentální retardace a záchvaty. Dědičnost je autozomálně dominantní. Podmínka je velmi vzácná a postihuje jednoho z milionu lidí. Další vzácný dědičný stav spojený s chromatinovou poruchou je Cornelia de Langeův syndrom. Tento syndrom také ukazuje mnoho fyzických malformací a poruch duševního vývoje.