5.9: Kromatin Paketleme

Kromatin Paketlenmesi

Her insan somatik hücresi 6 milyar baz çifti DNA içerir. Her baz çifti 0,34 nm uzunluğundadır, bu da her diploid hücrenin 2 metrelik şaşırtıcı bir DNA içerdiği anlamına gelir. Bu kadar uzun bir DNA zinciri, çapı sadece 10-20 mikron olan bir çekirdeğin içine nasıl sığdırılmıştır?

Kromatin

Histonlar adı verilen özel DNA bağlayıcı protein ile kombinasyon halinde, DNA çift sarmalı kompakt bir DNA oluşturur: kromatin adı verilen protein kompleksi. Kromatinin kendisi daha yüksek dereceli yapılara sıkıştırılır. En yüksek düzeyde sıkıştırma, kromatinin bir kromozomun kromatitlerini oluşturmak üzere yoğunlaştığı hücre döngüsünün metafazı sırasında elde edilir.

Nükleozomlar

Nükleozomlar, kromatinin temel fonksiyonel ve tekrarlanan birimidir. Bir nükleozom, 147 baz çifti DNA tarafından etrafına sarılmış 8 histon proteininden oluşur. Elektron mikroskobu altında kromatin, uzunluğu boyunca nükleozomların varlığı nedeniyle bir ip üzerindeki boncuklara benzeyen bir yapı olarak görünür. Bu paketleme lif uzunluğunu yedi kat kısaltır.

Solenoid modeli

Nükleozomlar ayrıca yaklaşık 30 nm'lik çaplarından dolayı 30 nm'lik lifler halinde sarılır. Böyle bir sıkıştırma, yaygın olarak kabul edilen bir hipotez olan solenoid modeli ile açıklanmaktadır. Bir solenoid, merkezi bir eksene sarılmış bir telin yapısını ifade eder. Bu model, nükleozomların, her turda altı veya daha fazla nükleozom olacak şekilde, sol yönlü sarmal bir yapıda düzenlendiğini öne sürmektedir. Çekirdek olmayan (non-core) histon proteinlerinden biri olan H1, nükleozom sıkışmasında önemli bir rol oynar; yokluğunda kromatin lifi düzensiz nükleozom yığınlarına dönüşür.

Kromatin paketlenmesi aktif bir araştırma alanıdır. Yeni ortaya çıkan veriler, bilim adamlarının kromatin ve nükleozomları yüksek düzeyde tanımlanmış yapılar olarak değil, tüm kromatin paketleme aşamalarında çeşitli birbirine dönüştürülebilir konformasyonların bir sürekliliği olarak görmelerine olanak tanıdı.

Her insan diploid hücresi, sadece birkaç mikron çapında küçük bir çekirdeğin içine sıkıştırılmış, yaklaşık iki metre DNA içerir. Bu nedenle, DNA'nın çekirdeğin içindeki düzeni ve sarmalları, son derece organizedir ve sıkı bir şekilde regüle edilir. İlk olarak, kromozomal DNA, histon proteinleri ile birleşerek kromatin adı verilen bir yapı oluşturulur.

Kromatinin temel yapısal ve fonksiyonel birimine nükleozom denir. DNA'nın nükleozomlar şeklinde düzenlenmesi, DNA uzunluğunu yedi kat kısaltır. Sonra, H1 adı verilen çekirdek dışı histon proteini, her bir nükleozoma bağlanır.

H1 histon, nükleozomdan çıkarken DNA yolunu değiştirerek kompleksin daha da sıkılaştırılmasına yardımcı olur. Bu nükleozomlar daha sonra üst üste yığılır ve 30 nanometre fiber olarak bilinen, daha kısa ve kalın, 30 nanometre çapında bir fiber oluşturur. Nükleozomların 30 nanometre fiberi olarak şekillenmesi, yaygın olarak kabul gören solenoid modeli ile açıklanmaktadır.

Model, nükleozomların, tur başına altı veya daha fazla nükleozomun olduğu, bir sol-elli, sarmal yapıda dizildiğini ileri sürer. Bu, DNA uzunluğunu 50 kat daha kısaltır. Aktif olarak yazılmayan veya çoğaltılmayan tüm kromatin bölgeleri, 30 nanometre fiber formundadır.

Öte yandan, aktif olarak erişilen kromatin bölgeleri, uzun bir zincirdeki boncuklar formundadır. 30 nanometre fiberler daha da sarılarak, yaklaşık 300 nanometre uzunluğunda halkalar oluşturulur. Bu fiberler de 250 nanometre genişliğinde sarımlar oluşturacak şekilde sıkıştırılır.

Daha sonra, hücre döngüsünün metafazı sırasında, kromatin fiberleri, kromozom adı verilen yüksek oranda yoğunlaştırılmış yapıları oluşturur. DNA'nın kromozom içinde toplam sıkıştırma oranı yaklaşık 1/10.000'dir. Hücre bölündüğünde, kromozom sarımları tekrar çözülür.