5.20: Heterochromatin

Die Ausdehnung der Chromatinverdichtung kann durch die Färbung von Chromatin mit spezifischen DNA-bindenden Farbstoffen untersucht werden. Unter dem Mikroskop werden die dicht verdichteten Regionen, die mehr Farbstoff aufnehmen, als Heterochromatin bezeichnet. Heterochromatin wird weiter in zwei Formen unterteilt – konstitutives Heterochromatin und fakultatives Heterochromatin.

Konstitutives Heterochromatin: Es handelt sich um eine hochkompakte Region des Chromatins, die hauptsächlich im Zentromer und Telomer konzentriert ist. Im Gegensatz zum Euchromatin ist die Aminosäure an der 9. Position im Schwanz von Histonen H3 di- oder trimethyliert. Dies zieht ein spezialisiertes Nichthistonprotein namens Heterochromatin-Protein 1 (HP1) an die methylierte Stelle. Es repräsentiert die reprimierte Region des Chromatins. Die menschlichen Chromosomen 1, 9, 16 und das Y-Chromosom bei männlichen Menschen enthalten einen großen Anteil an konstitutivem Heterochromatin.

Fakultatives Heterochromatin: Diese Region ist dichter als Euchromatin, aber im Gegensatz zum konstitutiven Heterochromatin ist das Lysin an der 27. Position des Histons H3 Schwanzes di- oder trimethyliert (H3K27me3). Diese Regionen sind durch die Bindung von Polycomb-Repressionskomplexen gekennzeichnet: PRC1 und PRC2. Es wird angenommen, dass das PRC2-Domäne zuerst bindet und die Heterochromatinbildung initiiert. Die PRC2-Komplexe enthalten Histondeacetylasen-Enzyme, die die Transkription hemmen und zur Chromatinrepression führen. Darüber hinaus enthält der PRC2-Komplex auch das katalytische Domäne mehrerer Histone-Methyltransferasen, die di-trimethyl Lysine erzeugen. PRC1 bindet dann an die methylierten Nukleosomen und kondensiert das Chromatin zu einer kompakten Struktur, die die Transkription hemmt.

Erinnern Sie sich daran, dass Chromatin in Eukaryoten in zwei Hauptformen vorkommt, die auf seinem Verdichtungsgrad basieren - Euchromatin und Heterochromatin.

Das Heterochromatin wird weiter unterteilt in konstitutives Heterochromatin und fakultatives Heterochromatin.

Konstitutives Heterochromatin ist eine wiederholungsreiche, genarme und stark verdichtete Region. Unter dem Mikroskop erscheint konstitutives Heterochromatin dunkel gefärbt, da es durch die Verdichtung mehr DNA-bindenden Farbstoff aufnehmen kann.

Ein methylierter Histonschwanz charakterisiert das konstitutive Heterochromatin. Die Methylierung erhöht die Affinität zwischen Histonen und DNA, wodurch die Chromatinverdichtung erhöht und der Zugang zur DNA gehemmt wird.

Die methylierten Histone sind auch durch ein Nicht-Histon-Protein namens Heterochromatin-Protein 1 gebunden, das die Chromatinverdichtung und die Ausbreitung von konstitutivem Heterochromatin erleichtert.

Fakultatives Heterochromatin ist eine repetitionsarme und genstumme Region. Auch unter dem Mikroskop erscheint es aufgrund seiner höheren Verdichtung dunkel gefärbt. Der Hauptunterschied zwischen fakultativem und konstitutivem Heterochromatin besteht darin, dass die Gene, die in fakultativen Heterochromatinregionen enthalten sind, flexibel sind.

Zum Beispiel können in einer Zelle die Gene im fakultativen Heterochromatin unterdrückt werden, während in einer anderen Zelle die Gene im selben Locus exprimiert werden können und im fakultativen Zustand nicht gespeichert werden.

Die fakultativen Heterochromatinregionen sind oft durch ein Nicht-Histon-Protein namens Polycomb repressive complex 2 gebunden, das H3-Histone di- oder trimethylieren und zur transkriptionellen Repression beitragen kann.

Die Inaktivierung des X-Chromosoms bei weiblichen Säugetieren ist ein Beispiel für fakultatives Heterochromatin. Säugetierweibchen haben zwei X-Chromosomen, Männchen nur eines.

Eines der X-Chromosomen bei Frauen besteht aus hochkondensiertem Heterochromatin, was zur Unterdrückung aller auf diesem Chromosom vorhandenen Gene führt. Dadurch wird sichergestellt, dass Gene auf dem X-Chromosom von Männern und Frauen auf der gleichen Ebene exprimiert werden. Unter dem Mikroskop erscheint dieses inaktivierte X-Chromosom als Barr-Körper - ein dichter, dunkel gefärbter Fleck an der Peripherie des Zellkerns.