Back to chapter

5.17:

Наследование структур хроматина

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
Inheritance of Chromatin Structures

Languages

Share

хотя все соматические клетки содержат такая же генетическая информация, клетки печени разделияются, чтобы сформировать только клетки печени, и клетки кожи делятся на новые клетки кожи. Каждый тип ткани имеет определенный тип упаковки хроматина и модификаций гистона, которые приводят к определённой модели экспрессии генов. Эти структурные особенности хроматина, например, центромера, гетерохроматин, и области эухроматина наследуются, то есть их характеристики передаются от материнских к дочерним клеткам помимо генетического материала.Это означает, что фенотипы, специфичные для тканей печени или кожи, или другие специализированные клетки передаются во время каждого раунда клеточного деления без необходимость изменений генетического материала. Центормерное образование De novo на вновь синтезированной ДНК начинается со связывания варианта Гистона H3 CENP-A на богатый АТ сателлитной ДНК, чтобы сформировать специфику для нуклеосомы центромера. как только инициирована, структура избирательно рекрутирует больше CENP-A гистонов в его окрестностях на кооперативной основе.Во время репликации ДНК октамер гистон перед репликациеонной вилкой расщепляется на два димера H2A/H2B и тетраметр H3/H4. Два H2A/H2B димера полностью удаляются с октамера, тогда как тетрамеры H3/H4 слабо прикреплены к ДНК и распределяются случайным образом на дочерних цепях. Вновь синтезированные тетрамеры H3/H4 затем добавляются к обоим цепям для заполнения пробелов.После этого добавляется два димера H2A/H2B, половина которых оригинальные молекулы а другая половина новая, для завершения процедуры. В дрожжах, после репликации ДНК, Ацетилирование Гистона H3 во вновь синтезированнаой цепи отмечает эухроматин, тогда как диацетилирование Гистона H3 устанавливает местоположение домена компактного хроматина или гетерохроматина. Метилирование Гистона H3 приводит к конденсации хроматина.После репликации ДНК метилированные гистоны распространяются случайным образом на дочерней цепи, которая затем соассоциируется с ферментом гистона метилтрансферазы к метилату Гистона H3 на вновь синтезированных октомерах. Инактивация хромосомы Х еще один пример наследования структуры хроматина. Самки-млекопитающие получают две X хромосомы, а самцы получиают только одну.У женщин одна из Х хромосом не активирована. Это явление называется компенсацией дозы. Здесь, длинныая, не кодирующиая РНК, XIST, инициирует X инактивация посредством привязки ко всей длине одной X хромосомы в эмбриональной стадии.Впоследствии хромосома сохраняется в этом неактивном режиме при последовательном делении клетки для всех соматических клеток.

5.17:

Наследование структур хроматина

Эпигенетика — это изучение унаследованных изменений фенотипа клетки без изменения последовательностей ДНК. Это обеспечивает форму памяти для дифференциального паттерна экспрессии генов для сохранения линий клеточного происхождения, эффекта положения мозаичного типа, дозовой компенсации и поддержания структур хроматина, таких как теломеры и центромеры. Например, структура и расположение центромеры на хромосомах эпигенетически унаследованы. Ее функциональность не диктуется и не обеспечивается лежащей в основе последовательностью ДНК, а вместо этого организацией хроматина и вариантами гистонов. После установления центромерная организация и функции остаются стабильно унаследованными в ряду клеточных делений.

Гистоны занимают центральное место в эпигенетическом наследовании

В нуклеосоме химически модифицированы как ДНК, так и гистоны. ДНК метилируется по остаткам цитозина, а гистоны метилируются, ацетилируются или фосфорилируются. Каждое из этих изменений представляет собой сигнал, называемый гистоновым кодом. Последние достижения подчеркивают, что метилирование является истинной эпигенетической меткой, а сложность хроматина – основным носителем эпигенетических меток. Присутствие вариантов гистонов в определенных местах и в определенное время увеличивает сложность организации хроматина. Например, вариант гистона H3 CENP-A встраивается в нуклеосому независимо от синтеза ДНК, в результате чего получается необычно стабильная нуклеосома.

Наследование гистонов

Метилирование ДНК, осаждение гистонов на цепях ДНК и посттрансляционные модификации гистонов, или гистоновый код, связаны с механизмами репликации. PCNA, фактор процессивности ДНК, является жизненно важным белком, который связывает репликацию ДНК с наследованием эпигенетических меток. В репликационной вилке нуклеосомы перемещаются таким образом, что димеры H2A-H2B полностью удаляются из репликационной вилки. Затем родительские тетрамеры H3-H4 распределяются по дочерним цепям с последующим размещением вновь синтезированных гистоновых субъединиц на родительских гистонах для завершения нуклеосом.

Suggested Reading

  1. Molecular Biology of Cell, Alberts, 6th edition, Pages 204-205
  2. Margueron, Raphaël, and Danny Reinberg. "Chromatin structure and the inheritance of epigenetic information." Nature Reviews Genetics 11, no. 4 (2010): 285-296.
  3. Reinberg, Danny, and Lynne D. Vales. "Chromatin domains rich in inheritance." Science 361, no. 6397 (2018): 33-34.