5.17
Chociaż wszystkie komórki somatyczne zawierają tę samą informację genetyczną, komórki wątroby dzielą się, tworząc tylko komórki wątroby, a komórki skóry dzielą się na nowe komórki skóry.
Każdy typ tkanki ma specyficzne opakowanie chromatyny i modyfikacje histonów, które skutkują odrębnymi wzorcami ekspresji genów.
Te cechy strukturalne chromatyny - takie jak centromer, heterochromatyna i regiony euchromatyny - są dziedziczone epigenetycznie, co oznacza, że ich cechy są przekazywane z matki na komórkę potomną oprócz materiału genetycznego.
Oznacza to, że specyficzne tkankowo fenotypy wątroby, skóry lub innych wyspecjalizowanych komórek są przekazywane podczas każdej rundy podziału komórki bez konieczności wprowadzania zmian w materiale genetycznym.
Tworzenie centromerów de novo na nowo zsyntetyzowanym DNA rozpoczyna się od wiązania wariantu histonu H3 CENP-A z satelitarnym DNA bogatym w AT w celu utworzenia nukleosomów specyficznych dla centromerów. Po zainicjowaniu struktura selektywnie rekrutuje więcej histonów CENP-A w swoim sąsiedztwie, w sposób kooperacyjny.
Podczas replikacji DNA oktamer histonowy znajdujący się przed widełkami replikacyjnymi jest rozkładany na dwa dimery H2A-H2B i tetramer H3-H4.
Dwa dimery H2A-H2B są całkowicie usunięte z oktamera, podczas gdy tetramery H3-H4 są luźno przyłączone do DNA i rozmieszczone losowo do nici potomnych.
Nowo zsyntetyzowane tetramery H3-H4 są następnie dodawane do obu pasm, aby wypełnić przestrzenie. Następnie dodaje się dwa dimery H2A-H2B - połowa, z których połowa to oryginalne cząsteczki, a druga połowa to nowe - aby uzupełnić oktamer.
U drożdży, po replikacji DNA, acetylacja histonu H3 w nowo zsyntetyzowanej nici oznacza euchromatynę, podczas gdy deacetylacja histonu H3 ustala lokalizację zwartych domen chromatyny lub heterochromatyny.
Metylacja histonu H3 powoduje kondensację chromatyny. Po replikacji DNA zmetylowane histony są losowo rozmieszczone na niciach potomnych, które następnie łączą się z enzymem metylotransferazą histonową, aby zmetylować histon H3 na nowo zsyntetyzowanych oktamerach.
Inaktywacja chromosomu X jest kolejnym przykładem dziedziczenia struktury chromatyny. Samice ssaków otrzymują dwa chromosomy X, a samce tylko jeden. U kobiet jeden z chromosomów X jest inaktywowany w zjawisku zwanym kompensacją dawkowania.
W tym przypadku długi, niekodujący RNA, XIST, inicjuje inaktywację chromosomu X poprzez wiązanie się z całą długością jednego chromosomu X w stadium embrionalnym. Następnie chromosom jest utrzymywany w tym nieaktywnym trybie w kolejnych podziałach komórkowych, przez wszystkie komórki somatyczne.
Epigenetyka to badanie dziedzicznych zmian w fenotypie komórki bez zmiany sekwencji DNA. Zapewnia formę pamięci dla zróżnicowanego wzoru ekspresji genów w celu utrzymania linii komórkowej, zmienności położenia i efektu, kompensacji dawki i utrzymania struktur chromatyny, takich jak telomery i centromery. Na przykład struktura i lokalizacja centromeru na chromosomach są dziedziczone epigenetycznie. Jego funkcjonalność nie jest podyktowana ani zapewniona przez podstawową sekwencję DNA, ale zamiast tego przez organizację chromatyny i warianty histonów. Po ustaleniu organizacja i funkcje centromeru pozostają stabilnie dziedziczone w wyniku kilku podziałów komórkowych.
Histony odgrywają kluczową rolę w dziedziczeniu epigenetycznym
W nukleosomie zarówno DNA, jak i histony są modyfikowane chemicznie. DNA ulega metylacji przy resztach cytozyny, a histony są metylowane, acetylowane lub fosforylowane. Każda z tych modyfikacji stanowi sygnał zwany kodem histonowym. Ostatnie postępy podkreślają metylację jako prawdziwy znak epigenetyczny i złożoność chromatyny jako główny nośnik znaków epigenetycznych. Obecność wariantów histonów w określonych miejscach i czasie zwiększa złożoność organizacji chromatyny. Na przykład, wariant histonu H3 CENP-A jest włączany do nukleosomu w sposób niezależny od syntezy DNA, w wyniku czego powstaje niezwykle stabilny nukleosom.
Powielanie histonów
Metylacja DNA, odkładanie histonów na niciach DNA i potranslacyjne modyfikacje histonów lub kodu histonów są powiązane z maszynerią replikacyjną. PCNA, czynnik procesywności DNA, jest niezbędnym białkiem, które łączy replikację DNA z dziedziczeniem znaków epigenetycznych. W widełkach replikacyjnych nukleosomy są przemieszczane w taki sposób, że dimery H2A-H2B są całkowicie usuwane z widełek replikacyjnych. Rodzicielskie tetramery H3-H4 są następnie rozprowadzane do nici potomnych, po czym następuje umieszczenie nowo zsyntetyzowanych podjednostek histonów na histonach rodzicielskich w celu uzupełnienia nukleosomów.
Chociaż wszystkie komórki somatyczne zawierają tę samą informację genetyczną, komórki wątroby dzielą się, tworząc tylko komórki wątroby, a komórki skóry dzielą się na nowe komórki skóry.
Każdy typ tkanki ma specyficzne opakowanie chromatyny i modyfikacje histonów, które skutkują odrębnymi wzorcami ekspresji genów.
Te cechy strukturalne chromatyny - takie jak centromer, heterochromatyna i regiony euchromatyny - są dziedziczone epigenetycznie, co oznacza, że ich cechy są przekazywane z matki na komórkę potomną oprócz materiału genetycznego.
Oznacza to, że specyficzne tkankowo fenotypy wątroby, skóry lub innych wyspecjalizowanych komórek są przekazywane podczas każdej rundy podziału komórki bez konieczności wprowadzania zmian w materiale genetycznym.
Tworzenie centromerów de novo na nowo zsyntetyzowanym DNA rozpoczyna się od wiązania wariantu histonu H3 CENP-A z satelitarnym DNA bogatym w AT w celu utworzenia nukleosomów specyficznych dla centromerów. Po zainicjowaniu struktura selektywnie rekrutuje więcej histonów CENP-A w swoim sąsiedztwie, w sposób kooperacyjny.
Podczas replikacji DNA oktamer histonowy znajdujący się przed widełkami replikacyjnymi jest rozkładany na dwa dimery H2A-H2B i tetramer H3-H4.
Dwa dimery H2A-H2B są całkowicie usunięte z oktamera, podczas gdy tetramery H3-H4 są luźno przyłączone do DNA i rozmieszczone losowo do nici potomnych.
Nowo zsyntetyzowane tetramery H3-H4 są następnie dodawane do obu pasm, aby wypełnić przestrzenie. Następnie dodaje się dwa dimery H2A-H2B - połowa, z których połowa to oryginalne cząsteczki, a druga połowa to nowe - aby uzupełnić oktamer.
U drożdży, po replikacji DNA, acetylacja histonu H3 w nowo zsyntetyzowanej nici oznacza euchromatynę, podczas gdy deacetylacja histonu H3 ustala lokalizację zwartych domen chromatyny lub heterochromatyny.
Metylacja histonu H3 powoduje kondensację chromatyny. Po replikacji DNA zmetylowane histony są losowo rozmieszczone na niciach potomnych, które następnie łączą się z enzymem metylotransferazą histonową, aby zmetylować histon H3 na nowo zsyntetyzowanych oktamerach.
Inaktywacja chromosomu X jest kolejnym przykładem dziedziczenia struktury chromatyny. Samice ssaków otrzymują dwa chromosomy X, a samce tylko jeden. U kobiet jeden z chromosomów X jest inaktywowany w zjawisku zwanym kompensacją dawkowania.
W tym przypadku długi, niekodujący RNA, XIST, inicjuje inaktywację chromosomu X poprzez wiązanie się z całą długością jednego chromosomu X w stadium embrionalnym. Następnie chromosom jest utrzymywany w tym nieaktywnym trybie w kolejnych podziałach komórkowych, przez wszystkie komórki somatyczne.
From Chapter 5:
Now Playing
DNA and Chromosome Structure
6.2K Views
DNA and Chromosome Structure
30.9K Views
DNA and Chromosome Structure
23.1K Views
DNA and Chromosome Structure
13.4K Views
DNA and Chromosome Structure
23.1K Views
DNA and Chromosome Structure
9.4K Views
DNA and Chromosome Structure
15.9K Views
DNA and Chromosome Structure
13.0K Views
DNA and Chromosome Structure
9.1K Views
DNA and Chromosome Structure
17.9K Views
DNA and Chromosome Structure
10.7K Views
DNA and Chromosome Structure
5.7K Views
DNA and Chromosome Structure
15.5K Views
DNA and Chromosome Structure
8.4K Views
DNA and Chromosome Structure
7.2K Views
See More