5.19:

5.19: Pozycja chromatyny wpływa na ekspresję genów

Name: Pozycja chromatyny wpływa na ekspresję genów
Uploaded: 2020-11-23T11:47:35+00:00
Duration: 2 min 35 s
Description: Chromatyna to masywny kompleks DNA i białek upakowany wewnątrz jądra. Złożoność fałdowania chromatyny i sposób, w jaki jest ona upakowana wewnątrz jądra, ma ogromny wpływ na dostęp do inf

Chromatin Position Affects Gene Expression

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Chromatin Position Affects Gene Expression

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Previous Video

5.18: Euchromatin

Next Video

5.20: Heterochromatin

23,151 Views

•

02:35 min

•

November 23, 2020

Chromatyna to masywny kompleks DNA i białek upakowany wewnątrz jądra. Złożoność fałdowania chromatyny i sposób, w jaki jest ona upakowana wewnątrz jądra, ma ogromny wpływ na dostęp do informacji genetycznej. Ogólnie rzecz biorąc, obrzeża jądra są uważane za represyjne transkrypcyjnie, podczas gdy wnętrze komórki jest uważane za obszar aktywny transkrypcyjnie.

Domeny powiązane topologicznie (TAD)

Trójwymiarowe umiejscowienie chromatyny w jądrze wpływa na czas i poziom ekspresji genów u eukariontów. Na przykład promotory genów są zorganizowane fizycznie oddzielone od ich regulatorowych elementów DNA, takich jak wzmacniacze. Te elementy promotora-wzmacniacza muszą zostać połączone w celu przeprowadzenia ekspresji genów. Każda chromatyda składa się z kilku takich oddziałujących jednostek, określanych jako domeny topologicznie powiązane (TAD). W niektórych przypadkach TAD z dwóch chromatyd mogą również wchodzić ze sobą w interakcje.

Terytoria chromosomowe (CT)

Kilka TAD gromadzi się, tworząc terytoria chromosomalne (CT). Te układy przestrzenne i rozmieszczenie sprawiają, że jądro jest niejednorodnym ciałem o odrębnej aktywności biochemicznej. Umiejscowienie genów wewnątrz tomografii komputerowej i samo umiejscowienie tomografii komputerowej wpływa na ekspresję genów. U ludzi aktywnie transkrybowane geny mają tendencję do lokalizacji na obrzeżach CT. Geny niekodujące mają tendencję do lokalizowania się w kierunku wnętrza CT. Na przykład w jądrach ludzkich żeńskich komórek płynu owodniowego gen ANT2 znajduje się na nieaktywnym chromosomie X. Kiedy gen ANT2 jest zlokalizowany na obrzeżach CT, powoduje to jego aktywną transkrypcję.

Chromatyny są dynamicznie przemieszczane wewnątrz jądra. Nawet kończnie zróżnicowane komórki, które nie mogą się już dzielić, wykazują repozycjonowanie chromatyny lub genów. Oznacza to, że repozycja nie jest zdarzeniem losowym, ale skoordynowanym mechanizmem molekularnym.

Transcript

Ekspresja genów jest regulowana na wielu poziomach, począwszy od inicjacji transkrypcji i przechodząc aż do translacji dojrzałego mRNA do funkcjonalnego białka.

Jednak nie wszystkie enzymy wymagane do ekspresji i regulacji genów są równomiernie rozmieszczone w jądrze. Zamiast tego są one ograniczone do przestrzennie zdefiniowanych ognisk. Powoduje to nienakładanie się na siebie “terytoriów” w jądrze, o określonej aktywności biochemicznej.

Na przykład geny kodujące rybosomalny RNA obecny na chromosomach 13,14,15, 21 i 22, znane również jako regiony organizatora jąder, są zgrupowane w jąderku – miejscu tworzenia rybosomów w komórce.

Oznacza to, że chromatyna może być repozycjonowana do takich funkcjonalnie odrębnych ognisk w celu skoordynowanej ekspresji i regulacji genów.

Jednak chromatyna może również rozciągać się poza swoje terytorium, tworząc przedłużoną pętlę, która może zmienić wzorzec ekspresji genów.

Na przykład ludzki gen CFTR znajduje się na obrzeżach jądra komórkowego w komórkach, w których jest cichy. Jednak w komórkach, w których gen ulega ekspresji, chromatyna zawierająca ten region jest przemieszczana w kierunku wnętrza.

Większość komórek eukariotycznych ma wiele włókien chromatyny o różnej długości i współczynniku zagęszczenia. Dlatego pozycjonowanie chromatyny zależy również od fizycznych ograniczeń jej upakowania wewnątrz jądra.

W komórkach z jądrami sferycznymi, takimi jak limfocyty, chromatyna jest promieniście umiejscowiona z aktywnie eksprymowanymi genami w kierunku wnętrza i stłumionymi genami na obrzeżach.

W komórkach z jądrami niesferycznymi, takimi jak fibroblasty, krótsze włókna chromatyny mają tendencję do zajmowania pozycji wewnętrznej, podczas gdy dłuższe włókna chromatyny są umieszczone na obrzeżach jądra.

Repozycja chromatyny jest również związana z różnymi typami nowotworów, w których zmienione wzorce ekspresji genów spowodowane repozycją chromatyny mogą prowadzić do powstawania guza. Na przykład przemieszczenie chromosomu 18 z peryferii jądra do wnętrza obserwuje się w rozwoju raka szyjki macicy i jelita grubego.