Organizzazione del DNA

Panoramica

Gli eucarioti hanno grandi genomi rispetto ai procarioti. Per inserire i loro genomi in una cellula, gli eucarioti devono imballare saldamente il loro DNA all’interno del nucleo. Per farlo, il DNA è avvolto intorno alle proteine chiamate istoni per formare nuclesomi, l’unità principale dell’imballaggio del DNA. I nucleosomi si snodano quindi in fibre compatte note come cromatina.

Hai abbastanza DNA per spingerti fino al sole e tornare centinaia di volte

La maggior parte delle cellule nel corpo umano contiene circa 3 miliardi di coppie di base di DNA imballato in 23 coppie di cromosomi. È difficile immaginare esattamente quanto DNA rappresentino questi numeri. Quindi quanto deve capitare per inserire il genoma in una cellula?

Possiamo ottenere alcune informazioni esprimendo il genoma in termini di lunghezza. Se dovessimo disporre il DNA di una singola cellula umana, come una cellula cutanea, in una linea retta, sarebbe lungo due metri su 6,5 piedi. Il corpo umano contiene circa 50 trilioni di cellule umane. Ciò significa che ogni persona ha un totale di circa 100 trilioni di metri di DNA. In altre parole, ogni persona ha abbastanza DNA per estendersi dalla Terra al Sole 300 volte!

E gli esseri umani non hanno genomi particolarmente grandi: quelli di molti pesci, anfibi e piante da fiore sono molto più grandi. Ad esempio, il genoma della pianta da fiore Parigi japonica è 25 volte più grande del genoma diploide umano. Queste cifre sottolineano il compito sorprendente che gli eucarioti devono compiere per imballare il loro DNA all’interno delle cellule.

I Nucleosomi sono i giocatori centrali nel confezionamento del DNA

Ogni nucleosoma è costituito da DNA avvolto intorno a un nucleo di otto proteine istone. Ogni nucleo è composto da quattro diversi tipi di istoni, h2A, H2B, H3 e H4, che sono ciascuno presenti in due copie. Un altro tipo di istono, H1, si lega sia al nucleosoma che al DNA del linker, stabilizzando la struttura.

Il DNA diventa più compatto man mano che i nucleosomi e la bobina di DNA del linker si trasformano in fibre di cromatina. Le fibre di cromatina non condensate, o eucromatina, hanno un diametro di circa 10 nm. I nucleosomi assomigliano a perline su una corda in queste fibre. Mentre il DNA continua a condensarsi, la bobina di fibre da 10 nm in filamenti spessi circa 30 nm, che a loro volta formano cicli che costituiscono fibre spesse da 300 nm. Quando la cromatina è completamente compattata è conosciuta come eterocromatina.

La struttura liberamente imballata di euchromatina consente agli enzimi, come la polimerasi dell’RNA, di accedere al DNA. La trascrizione, quindi, tende a verificarsi prevalentemente nelle regioni eucromatiche del genoma, ricche di geni. Al contrario, la struttura ben imballata dell’eteocromatina blocca l’accesso al DNA, impedendo la trascrizione. L’eterocromatina predomina nei centrimeri e nei telomeri dei cromosomi, dove le sequenze di DNA altamente ripetitive sono molto più comuni dei geni. Inoltre, gli organismi possono regolare dinamicamente il livello di imballaggio del DNA in risposta a segnali ambientali cellulari ed esterni, de-condensare il DNA quando i geni devono essere accesi e ricondenessere per spegnerli.