8857685813

Analiza Zmian na Poziomie Chromatyny w Cyklu Komórkowym

1. Analiza zmian na poziomie chromatyny w cyklu komórkowym

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.

W przeciwieństwie do organizmów prokariotycznych, DNA u eukaryota nie jest „nagie”, ale występuje w postaci kompleksu z białkami chromatynowymi, określającego organizację strukturalną DNA w przestrzeni. Dynamika tego kompleksu warunkuje zachodzenie tak ważnych procesów, jak kondensacja chromosomów, czy regulacja transkrypcji genów. Podstawową jednostkę strukturalną chromatyny stanowi nukleosom, będący kompleksem DNA i pięciu zasadowych białek histonowych. W skład pojedynczego nukleosomu wchodzi dyskowatego kształtu oktamer histonów (tzw. rdzeń) H2A, H2B, H3, H4, fragment cząsteczki DNA nawiniętej na rdzeń nukleosomu, oraz stabilizujący oddziaływania rdzeń — DNA histon łącznikowy HI. Za wiązanie histonów w oktamerze, jak też za tworzenie miejsc dla wiązania DNA, odpowiedzialne są domeny

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

globularne histonów rdzeniowych o regularnie rozmieszczonych ładunkach. N i C końce (tzn. „ogony histonowe”) natomiast, mogą ulegać wielu odwracalnym modyfikacjom posttranslacyjnym (Rys.l). W 2000 roku wysunięto hipotezę „kodu histonowego”, która sugeruje, że istnieją pewne określone wzory modyfikacji histonów rdzeniowych odpowiedzialne za zachodzenie konkretnych procesów w komórce. Modyfikacje te mogą bowiem z jednej strony wpływać na oddziaływania DNA-histony, decydując o lokalnym (lub jak w przypadku mitozy - globalnym) rozluźnieniu lub kondensacji chromatyny, co wpływa np. na możliwość wiązania czynników transkrypcyjnych do znajdujących się w tych obszarach promotorów. Z drugiej strony, naznaczone modyfikacjami epitopy histonów mogą stanowić platformy rozpoznawane przez różne białka regulatorowe. Niektóre modyfikacje histonów mogą brać udział w wielu, często różnych, procesach. Np. fosforylacja seryny 10 histonu H3 bierze udział zarówno w kondensacji chromatyny w czasie podziałów komórkowych, jak i w indukcji genów wczesnej odpowiedzi pod wpływem różnych czynników zewnętrznych - z czym wiąże się lokalne rozluźnienie chromatyny.

Zależna od cyklu komórkowego fosforylacja histonu H3 w serynie 10 jest konserwowana wśród organizmów eukariotycznych. Ta dynamiczna potranslacyjna modyfikacja jest zaangażowana zarówno waktywacj ętranskrypcj i jaki w kondensacj ę oraz segregację chromosomów.

Mitoza j est j ednym z ważni ej szych etapów cyklu komórkowego, kiedy to nowo zreplikowane nici DNA są segregowane do dwóch biegunów dzielącej się komórki, która następnie dzieli się na dwie komórki potomne. Wiele procesów zachodzących w trakcie mitozy jest uzależnionych od upakowania chromatyny do jej mitotycznej formy. Pojawia się coraz więcej dowodów na to, że upakowanie chromosomów jest regulowane w dużej mierze poprzez potranslacyjną modyfikację histonów -fosforylację. Obecnie fosforylacja histonu H3 jest uznawana za jeden z mitotycznych biomarkerów.

Z obserwacji wielu organizmów wynika, że poziom fosforylacji histonu H3 jest niski w czasie interfazy, wzrasta na początku podziałów komórkowych i opada podczas telofazy. W przypadku komórek zwierzęcych mitotycznie specyficzna fosforylacja S10 histonu H3 rozpoczyna się w późnej fazie G2 w obszarach perycentromerycznych    heterochromatyny

i rozprzestrzenia się w sposób uporządkowany i zbieżny z kondensacją chromosomów. Modyfikacja ta jest jednolicie dystrybuowana na chromosomy zarówno w mitozie jak mejozie.

U roślin natomiast, w trakcie podziałów mitotycznych poziom fosforylacji jest wysoki w częściach perycentromerycznych i niski w obszarach ramion chromosomów. Ta specyficzna dla perycentromerów fosforylacja może być zaburzona przez działanie stresu chłodu lub