Wykład 1
Genom w komórce eukariotycznej – organizacja
Jądro komórkowe
Wcześniej przypuszczano, że w jądrze nie ma żadnych struktur komórkowych.
Obecnie wiadomo, że wnętrze jądra komórkowego jest zorganizowane. Występuję w nim różne struktury, które są istotne dla jądra. We wnętrzu jądra jest organizacja związana z brakiem błon komórkowych.
Wewnątrz jądra istnieje włóknista struktura – składająca się z białek i RNA. Przenika ona całe jądro i tą strukturą jest matriks jądrowa. (charakterystyczny składnik jądra, poznany za pomocą ekstrakcji z siarczanem amonu). Obejmuje ona również rusztowanie chromosomowe. Rusztowanie chromosomowe zmienia swoją strukturę podczas podziału komórki, co prowadzi do kondensacji chromosomów w metafazie.
Jąderko – miejsce syntezy i dojrzewania rybosomalnego RNA. (przekonano się o tym za pomocą mikroskopii elektronowej) W jądrze odbywa się również składanie mRNA. Miejsce, gdzie to się odbywa jest większe i bardziej rozległe od miejsca syntezy rRNA.
Ciałka Cajala – prawdopodobnie biorą udział w syntezie małych jądrowych RNA.
Chromosomy
Każdy z chromosomów zajmuje określone miejsce w jądrze – terytorium.
Lokalizację chromosomów można określić za pomocą chromosome painting. W metodzie tej stosuje jako sondę do hybrydyzacji stosuje się mieszaninę cząsteczek DNA specyficznych dla różnych fragmentów pojedynczego chromosomu. Po zastosowaniu dla jąder interfazowych, metoda ta pokazuje terytoria zajmowane przez poszczególne chromosomy.
Terytoria zajmują większą część w jądrze. Są oddzielone przez obszary niechromatynowe (zbudowane z białek, enzymów i białek nieenzymatycznych). Terytoria są statyczne.
Położenie centromeru chromosomów jest również statyczne, więc chromosomy nie zmieniają swojego miejsca. Względne położenie chromosomów nie musi być zachowane po podziale komórki. Terytoria niektórych chromosomów muszą być względnie zachowywane, nawet po podziale komórki.
Terytoria są często położone blisko siebie i są zachowywane.
Aberacja chromosomalna - jest powodem translokacji chromosomu 22 na chromosom 9 w org. człowieka. Translokacja ta prowadzi do powstania nieprawidłowego chromosomu Filadelfia, co jest częstą przyczyną do powstawania białaczki szpikowej, która jest skutkiem powstania nowego genu bcr ABL. (skutkuje białkiem, które nie podlega regulacji)
Gen bcr ABL jest z grupy kinaz tyrozynowych, jest on cały czas aktywny.
Aktywacja kinazy prowadzi do proliferacji (silne rozrastanie się, gwałtowny rozwój) komórek oraz ich angiogenezy. Skutkiem translokacji jest powstanie białka, które nie posiada części zewnątrzkomórkowej i jest cały czas aktywne.
Lekiem, który hamuje aktywność kinazy jest GLEEVEC , włącza się do części aktywnej i ją hamuje.
Dostępność terytorium dla białek
Aktywne geny są położone na powierzchni terytorium, w pobliżu obszarów niechromatynowych, aby były one dostępne dla enzymów i białek biorących udział w ekspresji genów.
Terytoria są fragmentowane oraz są zorganizowane w taki sposób, że dostarczenie białek lub enzymów może następować do całego terytorium.
Domeny chromatyny
Chromatyna – kompleks DNA i białek chromosomowych
Chromatyna ma strukturę hierarchiczną. Dwa najniższe stopnie upakowania to nukleosom i włókno chromatynowe 30-nm, a najwyższy to chromosomy metafazowe. Można je obserwować tylko w czasie podziału jądra komórkowego.
Nukleosom – tworzy się ze zdefiniowanych fragmentów DNA o określonej długości, wewnątrz znajdują się białka histonowe.
Histon łącznikowy – histon, np. H1, który występuje na zewnątrz oktameru tworzącego rdzeń nukleosomu.
Włókno chromatynowe – powstaje poprzez zwinięcie pierwotnej struktury (nukleonom z nawiniętym DNA)
Włókno chromatynowe może występować w 2 modelach:
- solenoid
- helikalna wstążka {helical ribbon}
Mamy 2 rodzaje chromatyny: Heterochromatyna i euchromatyna.
Heterochromatyna – (pierwotnie zwarta struktura jądra) – zawiera DNA, który ma stosunkowo zwartą strukturę, jednak mniej zwartą niż w chromosomie metafazowym. Są 2 typy heterochromatyny:
- heterochromatyna konstytutywna – występuje zawsze u wszystkich komórek. W jej skład wchodzi DNA nie zawierający genów, przez co może zachowywać zwartą strukturę. W skład DNA wchodzi DNA centromerów i sekwencji telomerycznych.
Z heterochromatyny konstytutywnej w dużej części składa się chromosom Y.
- heterochromatyna fakultatywna – przyjmuje skondensowaną postać tylko okresowo. Występuje w niektórych typach komórek. Zawiera geny nieaktywne w pewnych komórkach lub etapach życia komórki.
Struktura heterochromatyny jest zwarta, białka biorące udział w ekspresji genów nie mają dostępu do DNA.
Pozostałe obszary są mniej upakowane – mają dostęp do DNA – euchromatyna
Struktura jej jest rozluźniona. Białka mogą reagować z DNA.
Organizacja DNA w jądrze
DNA w postaci włókna 30-nm jest połączone z matriks mitochondrialną poprzez oddziaływania niekowalencyjne (asocjacje). Skutkiem tego jest tworzenie się pętli. Pętle DNA mają od 40 do 100 kb długości. Pętle łączą się matriks jądrową poprzez regiony bogate w AT, zwane MAR (region połączenia z matriks) lub SAR (region połączenia z rusztowaniem).
Euchromatyna jest zorganizowana w formie domen strukturalnych.
domeny strukturalne – pętle DNA pomiędzy miejscami połączenia z matriks jądrową.