3893820145

Analiza Zmian na Poziomie Ci Cyklu Komórkowym

1. Analiza modyfikacji chromatyny w cyklu komórkowym

Wstęp

Długość DNA w jądrze komórkowym jest daleko większa niż rozmiar kompartmentu, w którym się znajduje. Stąd też materiał genetyczny musi występować w zorganizowanej i upakowanej postaci, przy jednoczesnym zachowaniu możliwości zachodzenia wielu ważnych procesów.

Chromatyna

DNA, nośnik informacji genetycznej organizmów eukariotycznych, nie występuje w komórkach w postaci nagiej cząsteczki, lecz jest zasocjowany z białkami, tworząc nukleoproteinowy kompleks zwany chromatyną. Chromatyna posiada hierarchiczną, uporządkowaną strukturę, której podstawowąjednostkąorganizacyjnąjestnukleosom, zbudowany z oktameru histonowego, wokół którego nawinięty jest odcinek DNA o długości ok. 147 par zasad (rys. 1). Oktamer histonowy tworzy osiem cząsteczek białek histonów rdzeniowych, po dwie cząsteczki histonów H2A, H2B, H3 i H4. Histony rdzeniowe zbudowane są z domeny globularnej, tworzącej rdzeń nukleosomu, oraz

Rys.l. Schemat budowy nukleosomu z widocznymi „ogonami histonowymi” na zewnątrz rdzenia.

nieustrukturyzowanych odcinków N-końcowych, które wystają poza strukturę nukleosomu jako tzw. „ogony histonowe”. Zasadowy charakter białek histonowych umożliwia im silne wiązanie kwasu deoksyrybonukleinowego sprawiając, że nukleonom posiada zwartą i trwałą strukturę. Pomiędzy nukleosomami występują odcinki DNA łącznikowego, z którymi wiążą się cząsteczki histonu H1, zwanego histonem łącznikowym. Histon HI pozwala chromatynie na przyjmowanie wyższej formy organizacji, którą jest solenoidalna struktura

0    średnicy 30 nm. Przyłączanie kolejnych białek strukturalnych pozwala na utworzenie wyższych struktur organizacyjnych, z których najwyższą jest chromosom metafazowy, występujący podczas podziałów komórkowych.

Związanie DNA w rybonukleoproteinowym kompleksie nadaje materiałowi genetycznemu organizmów    eukariotycznych    zwartą

1    uporządkowaną strukturę. Z drugiej strony, obecność białek strukturalnych sprawia, że DNA jest niedostępne dla licznych czynników białkowych zaangażowanych w procesy metaboliczne zachodzące na poziomie DNA. Z tego powodu organizmy eukariotyczne wykształciły szereg mechanizmów umożliwiających precyzyjną regulację struktury chromatyny, takich jak ATP-zależny remodeling chromatyny lub potranslacyjne modyfikacje histonów.

Potranslacyjne modyfikacje histonów

Ogony histonów rdzeniowych podlegają różnorodnym, zazwyczaj odwracalnym modyfikacjom potranslacyjnym. Modyfikacje te mogą polegać na przyłączeniu niewielkich grup takich jak reszta metylowa, acetylowa czy fosforanowa, jak również dużych cząsteczek, jak w przypadku ubikwitynylacji i sumoilacji. Modyfikacjom potranslacyjnym podlegają liczne reszty aminokwasowe znajdujące się we wszystkich histonach rdzeniowych (rys. 1). Istnieje więc bardzo duży zbiór potencjalnych wzorów modyfikacji pojedynczego nukleosomu. Wraz z nowymi odkryciami obraz ten dodatkowo się komplikuje. Okazało się m.in., że także liczba przyłączonych grup funkcyjnych może być różna, np. metylacja lizyny 9 histonu H3 - H3K9 może być pojedyncza (H3K9me), podwójna lub potrójna (H3K9me2 i H3K9me3). Ponadto, modyfikacjom mogą ulegać nie tyko ogony, ale również domena globularna histonów rdzeniowych, a także histon łącznikowy HI. Odkrywane są również nowe rodzaje modyfikacji, takie jak izomeryzacja proliny lub zamiana argininy na cytrulinę (deiminacja) (Kouzarides 2007).

Uważa się, że modyfikacje ogonów histonów rdzeniowych wpływają na strukturę chromatyny poprzez dwa odrębne mechanizmy. Pierwszy z nich polega na modulacji oddziaływań histon-histon oraz histon-DNA, wynikającej ze zmiany