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8: DNA, Chromosomen und Chromatin - Biologie

8: DNA, Chromosomen und Chromatin - Biologie


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  • 8.1: Einführung
    Hier betrachten wir klassische Experimente, die zu unserem Verständnis geführt haben, dass Gene aus DNA bestehen. Wir wussten bereits, dass Gene auf Chromosomen (chromo – farbig; Soma-Körper) liegen. Die Genkartierung des frühen 20. Jahrhunderts zeigte sogar die relative Lage (Locus) von Genen auf den Chromosomen. Bakterien enthalten im Vergleich zu Eukaryoten eine sehr geringe DNA-Menge pro Zelle. Nachfolgende bakterielle Genkartierung und Elektronenmikroskopie ergaben, dass das E. coli „Chromosom wenig mehr ist als eine kleine geschlossene, zirkuläre DNA“
  • 8.2: Das Zeug der Gene
    Dass alle eukaryontischen Zellen einen Kern enthalten, wurde Ende des 19. Jahrhunderts verstanden. Bis dahin hatten histologische Studien gezeigt, dass Kerne hauptsächlich Proteine ​​​​und DNA enthielten. Ungefähr zur gleichen Zeit gewann die Vorstellung an Bedeutung, dass der Zellkern genetische Informationen enthält. 1910 erhielt Albrecht Kossel den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 1910 für seine Entdeckung von Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin (die vier DNA-Basen) sowie von Uracil in der RNA.
  • 8.3: DNA-Struktur
    Bis 1878 wurde gezeigt, dass eine Substanz im Eiter von verwundeten Soldaten, die aus Zellkernen stammt (genannt Nuklein), aus 5 Basen besteht (den bekannten von DNA und RNA). Es wurde angenommen, dass die vier Basen, von denen bekannt ist, dass sie die DNA (als Teil von Nukleotiden) bilden, durch die Phosphatgruppen in kurzen sich wiederholenden Ketten von vier Nukleotiden verbunden sind. In den 1940er Jahren wussten wir, dass DNA ein langes Polymer ist. Trotzdem galt es immer noch als zu einfach, Gene zu erklären.
  • 8.4: Gene und Chromatin in Eukaryoten
    Chromosomen und Chromatin sind eine einzigartige eukaryotische Assoziation von DNA mit mehr oder weniger Protein. Bakterielle DNA (und prokaryontische DNA im Allgemeinen) ist relativ „nackt“ – nicht sichtbar mit Protein verbunden. Die elektronenmikroskopische Aufnahme einer Interphase-Zelle (unten) zeigt, dass das Chromatin selbst in verschiedenen Kondensationszuständen vorliegen kann.
  • 8.5: Struktur und Organisation der DNA in Bakterien
    Die sexuelle Fortpflanzung ermöglicht es kompatiblen Geschlechtern (man denke an männlich und weiblich), Gene zu teilen, eine Strategie, die die Artenvielfalt erhöht. Es stellt sich heraus, dass Bakterien und andere einzellige Organismen auch Gene teilen können… und Vielfalt verbreiten. Wir schließen dieses Kapitel mit einem Blick auf Sex (E. coli-Stil!) und Gen-Mapping-Experimente, die linear angeordnete Gene auf einem kreisförmigen bakteriellen DNA-Molekül (dem bakteriellen „Chromosom“) zeigen.
  • 8.6: Schlüsselwörter und Begriffe

Miniaturansicht: DNA-Doppelhelix. (gemeinfrei; NIH - Genome Research Institute).


Genominstabilität & Chromosomenbiologie

Meine Forschungsinteressen konzentrieren sich auf die Untersuchung der Funktion repetitiver Bereiche des menschlichen Genoms. Mein besonderes Interesse gilt der Zentromer-Genomik. Das Zentromer ist die Struktureinheit, die für die korrekte Aufteilung der Chromosomen während der Zellteilung verantwortlich ist. Die Destabilisierung der Zentromerfunktion führt zu chromosomaler Fehlsegregation und Instabilität, Kennzeichen von Fibrose, Krebs und Geburtsfehlern. Ich untersuche die Struktur und Evolution von Zentromersequenzen, die epigenetischen Interaktionen von Chromatinfaktoren, die die Zentromerfunktion auf Zentromersequenzen modulieren, und die Rolle, die diese Elemente bei der Chromosomensegregation und Genominstabilität bei Nicht-Disjunktionsstörungen, Krebs und Fibrose spielen. Darüber hinaus untersucht mein Labor die Evolution und Replikation von endogenen und exogenen Retroviren, einschließlich HERVs, HIV und SARS-Cov-2.

Human Centromer Genomics Meine Forschung konzentrierte sich auf die Untersuchung von humanen endogenen Retroviren, repetitiven Elementen, die 8% des menschlichen Genoms ausmachen. Während dieser Studien entdeckten und charakterisierten wir Tausende von endogenen Retroviren der HERV-K-Familie, insbesondere die Typen K111 und K222, die in den Zentromeren des menschlichen Genoms residieren (Contreras-Galindo et al. 2013 Zahn et al. 2015) . Diese Ergebnisse geben uns die Möglichkeit, die Genomik des menschlichen Zentromers zu untersuchen, Regionen des menschlichen Genoms, die aufgrund der sich wiederholenden Natur dieser Bereiche extrem schwer zu kommentieren waren und daher eine letzte Grenze der Humangenetik bleiben. Die Sequenzanalyse von Zentromer-Retroviren ergab überraschenderweise, dass menschliche Zentromere während der Evolution ständig neu gemischt wurden und genetisches Material schneller als andere Bereiche der Chromosomen ausgetauscht haben. Wir charakterisieren auch andere repetitive Elemente von Zentromeren, die sogenannten Alpha-Repeats, die die Hauptarrays repetitiver Elemente in menschlichen Zentromeren sind und die in jedem menschlichen Chromosom in einer einzigartigen Struktur zu finden sind. In den letzten Jahren habe ich Zentromersequenzen annotiert, um die Lücken menschlicher Zentromerkarten zu füllen. Dies ist für die Humangenomik sehr wichtig, da jüngste Erkenntnisse aus unserem Labor und anderen Forschern gezeigt haben, dass spezifische Alpha-Wiederholungen zentromere Chromatinfaktoren rekrutieren, die das Kinetochor aufbauen. Wir haben Marker für mehrere Zentromer-Arrays in jedem menschlichen Chromosom identifiziert und molekulare Werkzeuge entwickelt, um diese Elemente zu untersuchen. Unter Verwendung dieser Marker haben wir verblüffende Hinweise auf eine umfassende Zentromer-DNA-Instabilität bei Erkrankungen identifiziert, die durch Chromosomenfehlsegregation gekennzeichnet sind, wie Trisomie 21, sowie Sklerodermiefibrose und Krebs. Wir planen, die Auswirkungen der Zentromerinstabilität auf die Zentromerfunktion und die Chromosomeninstabilität bei diesen Erkrankungen zu untersuchen.

Zentromere bei Sklerodermie Besonderes Augenmerk legen wir auf die Funktion von Zentromeren bei Sklerodermie. Der Beitrag von Zentromer-Defekten zur Sklerodermie bleibt unbekannt, obwohl viele der Zentromer-Proteine ​​aufgrund dieser von Patienten stammenden Antikörper entdeckt wurden. Mithilfe neuer genetischer und zytogenetischer Analysen stellen wir fest, dass betroffene Fibroblasten von SSc-Patienten unabhängig von der Behandlung deutliche Veränderungen in der zentromeren DNA aufweisen. Auffallenderweise beobachteten wir bei allen Patienten mit eingeschränkter kutaner Sklerodermie, die Anti-Zentromer-Antikörper aufweisen, ein „Auslaufen“ von Zentromerproteinen aus dem Zellkern in das Zytoplasma. Sklerodermie-Fibroblasten zeigten eine abnormale Chromosomensegregation mit Aneuploidie (nur bei diffuser kutaner Sklerodermie) und Mikronuklei (bei allen Krankheitsarten). Überraschenderweise rekrutieren mehrere Mikronuklei das Zentromer-Identitätsprotein CENPA nicht mehr, obwohl sie noch Zentromer-Sequenzen behalten. Unsere Studien zeigen, dass zentromerische genomische Instabilität und epigenetische Defekte zur Pathogenese der Sklerodermie führen können. Da bei Sklerodermie-Patienten sowohl zentromergenetische als auch epigenetische Defekte zusammen mit einer Immunantwort gegen Zentromere beobachtet werden, klären wir mit sehr vielversprechenden Ergebnissen, ob es sich bei der Sklerodermie um eine Zentromer-Erkrankung handelt. Die Projekte werden derzeit von der Scleroderma Foundation und der Rheumatology Research Foundation unterstützt.

Evolution von SARS-CoV-2 Unser Labor verwendet Rekombinationsanalyse und Bayes'sche Bioinformatik, um die Evolution von Viren zu verfolgen. Mit dieser Art von Analyse konzentrieren wir uns auf die Entdeckung neuer SARS-CoV-2-Stämme, die während der Pandemie 2019-2020 auftauchen.


ChromeEMT: Visualisierung der 3D-Chromatinstruktur und -verdichtung in Interphase- und mitotischen Zellen

Die Chromatinstruktur der DNA bestimmt die Genomverdichtung und -aktivität im Zellkern. Auf der Grundlage von In-vitro-Strukturen und elektronenmikroskopischen (EM)-Studien ist das hierarchische Modell, dass sich 11-Nanometer-DNA-Nukleosomen-Polymere in 30- und anschließend in 120- und 300- bis 700-Nanometer-Fasern und mitotischen Chromosomen falten. Um Chromatin in situ sichtbar zu machen, haben wir einen Fluoreszenzfarbstoff identifiziert, der DNA mit einem osmiophilen Polymer färbt und seinen Kontrast in EM selektiv verstärkt. Mithilfe von ChromeEMT (ChromEM-Tomographie) zeigen wir die Ultrastruktur und dreidimensionale (3D) Organisation einzelner Chromatinpolymere, Megabasendomänen und mitotischer Chromosomen. Wir zeigen, dass Chromatin eine ungeordnete krummlinige Kette mit einem Durchmesser von 5 bis 24 Nanometern ist, die in verschiedenen 3D-Konzentrationsverteilungen in Interphase und Mitose zusammengepackt ist. Chromatinketten haben viele verschiedene Partikelanordnungen und biegen sich in verschiedenen Längen, um eine strukturelle Verdichtung und hohe Packungsdichten zu erreichen.

Copyright © 2017 Die Autoren, einige Rechte vorbehalten exklusiver Lizenznehmer American Association for the Advancement of Science. Kein Anspruch auf Originalwerke der US-Regierung.

Figuren

Abb. 1. Ein fluoreszierender DNA-bindender Farbstoff, der…

Abb. 1. Ein fluoreszierender DNA-bindender Farbstoff, der die lokale DAB-Polymerisation auf Chromatin in der…

Abb. 2. ChromeM: DRAQ5-Anregung photooxidiert DAB…

Abb. 2. ChromeEM: DRAQ5-Anregung photooxidiert DAB auf DNA im Zellkern und ermöglicht Chromatin…

Abb. 3. ChromeEMT und EMT mit acht Neigungen aktivieren…

Abb. 3. ChromeEMT und Acht-Tilt-EMT ermöglichen die kontrastreiche und räumliche Darstellung von Chromatin…

Abb. 4. Chromatin ist eine ungeordnete Kette…

Abb. 4. Chromatin ist eine ungeordnete Kette mit Durchmessern zwischen 5 und 24 nm…

Abb. 5. DNA und Nukleosomen bilden ungeordnete…

Abb. 5. DNA und Nukleosomen bilden ungeordnete Chromatinketten mit unterschiedlichen Partikelanordnungen, Konformationen,…

Abb. 6. ChromeEMT ermöglicht Chromatin-Ultrastruktur und…

Abb. 6. ChromeEMT ermöglicht die Visualisierung von Chromatin-Ultrastruktur und 3D-Organisation in situ in…

Abb. 7. In mitotischen Chromosomen, ungeordnete 5-…

Abb. 7. In mitotischen Chromosomen sind ungeordnete Chromatinketten mit einem Durchmesser von 5 bis 24 nm zusammengepackt…

Abb. 8. Ungeordnetes Chromatin mit einem Durchmesser von 5 bis 24 nm…

Abb. 8. Ungeordnete Chromatinketten mit einem Durchmesser von 5 bis 24 nm sind flexibel und können zusammengepackt werden…

Film 1. Zeitrafferaufnahme der DAB-Fotooxidation…

Film 1. Zeitrafferaufnahme der DAB-Photooxidation bei Anregung von DRAQ5-markierter DNA

Film 2. Die Chromatin-Ultrastruktur und 3D…

Film 2. Die Chromatin-Ultrastruktur und die 3D-Organisation des menschlichen Genoms im Zellkern

Film 3. ChromeM und Multitilt EMT aktivieren…

Film 3. ChromeM und Multitilt EMT ermöglichen die Visualisierung von Chromatinstruktur und -organisation in…

Film 4. Die Chromatin-Ultrastruktur und 3D…

Film 4. Die Chromatin-Ultrastruktur und 3D-Organisation von mitotischen Chromosomen


Welche beschreibt die Beziehung zwischen DNA, Genen und Chromosomen am besten? DNA sind Segmente von Genen, die enge Spulen bilden, die Chromosomen genannt werden. Gene sind DNA-Abschnitte, die enge Spiralen bilden, die Chromosomen genannt werden. Chromosomen sind DNA-Abschnitte, die enge Spiralen bilden, die Gene genannt werden. Gene sind Abschnitte von Chromosomen, die enge Spulen bilden, die DNA genannt werden.

Ich bin verloren, wie viele Fragen hier beantwortet werden müssen. Für den männlichen und weiblichen Teil erhält die Frau 1 X-Chromosom und 1 Y-Chromosom. Das Männchen bekommt 2 X-Chromosomen. Bei Frage 2 sind Gene Teil von Chromosomen, die enge Spulen bilden, die DNA genannt werden.

Ihre Antwort wäre die vierte.

Chromosomen sind das, was man im Kern einer eukaryotischen Zelle findet. Denken Sie daran, dass Eukaryoten einen Kern haben, der sie als solchen definiert.

Im Zellkern befinden sich die Chromosomen in einem entspannten Zustand, der als Chromatin bezeichnet wird. Das Chromatin formt sich zu den engen DNA-Knäueln, die wir Chromosomen nennen. Jedes Chromosom trägt eine Vielzahl von Genen. Diese Gene sind für Haarfarbe und Hautpigmente oder genetische Krankheiten in Ihrem Körper verantwortlich, die Liste geht weiter.

Das Bild, das ich zur Verfügung gestellt habe, sollte helfen, visuell zu erklären.

Ich hoffe das hilft! Wenn Sie Fragen haben, lassen Sie es mich wissen!


Cohesin-Mutationen verändern die Reparatur von DNA-Schäden und die Chromatinstruktur und schaffen therapeutische Schwachstellen bei MDS/AML

Der Cohesin-Komplex spielt eine wesentliche Rolle bei der Chromosomenerhaltung und der Transkriptionsregulation. Rezidivierende somatische Mutationen im Cohesin-Komplex sind häufige genetische Ursachen für Krebs, einschließlich myelodysplastischer Syndrome (MDS) und akuter myeloischer Leukämie (AML). Hier haben wir mit genetischen Abhängigkeitsscreenings von Stroma-Antigen-2-mutant (STAG2-mutant) AML DNA-Schadensreparatur und -replikation als genetische Abhängigkeiten in Cohesin-mutanten Zellen identifiziert. Wir zeigten ein erhöhtes Maß an DNA-Schäden und eine erhöhte Empfindlichkeit von Cohesin-mutierten Zellen gegenüber der Hemmung der Poly(ADP-Ribose)-Polymerase (PARP). Wir entwickelten ein Mausmodell von MDS, in dem Stag2-Mutationen als klonale sekundäre Läsionen im Hintergrund der klonalen Hämatopoese, angetrieben durch tet-Methylcytosin-Dioxygenase 2 (Tet2)-Mutationen, auftraten, und zeigten in vivo eine selektive Depletion von Cohesin-mutanten Zellen mit PARP-Hemmung. Schließlich zeigten wir eine Verschiebung von STAG2- zu STAG1-haltigen Cohesin-Komplexen in Cohesin-mutierten Zellen, die mit einer längeren DNA-Schleifenextrusion, einer stärkeren Durchmischung der Chromatin-Kompartimente und einer erhöhten Interaktion mit PARP und Replikationsprotein A-Komplex verbunden war. Unsere Ergebnisse informieren über die Biologie und die therapeutischen Möglichkeiten für Cohesin-mutierte Malignome.

Schlüsselwörter: Epigenetik Hämatologie Leukämien Mausmodelle Onkologie.

Interessenkonflikt-Erklärung

Interessenkonflikt: ADD berät Eli Lilly and Company, EMD Serono, Sierra und Cedilla Therapeutics SAC ist im wissenschaftlichen Beirat von Kymera Therapeutics, Seer und PTM Biolabs und Berater für Biogen und Pfizer und BLE hat Forschungsunterstützung erhalten von Celgene und Deerfield sowie Beratungshonorare von Grail.

Figuren

Abbildung 1. Identifizierung der DNA-Replikation und…

Abbildung 1. Identifizierung von DNA-Replikation und Schadensreparatur als Abhängigkeit von STAG2 -Mutant…

Figur 2. STAG2- mutierte AML-Zelllinien…

Figur 2. STAG2- mutierte AML-Zelllinien sind in vitro empfindlicher gegenüber PARP-Hemmung…

Abbildung 3. Entwicklung von Primärmodellen von…

Abbildung 3. Entwicklung von Primärmodellen von Cohesin-mutanten MDS.

Abbildung 4. Die Behandlung mit Talazoparib verringert vorzugsweise die Cohesin-Mutante…

Abbildung 4. Die Behandlung mit Talazoparib dezimiert bevorzugt Cohesin-mutierte Klone in primären Maus- und Humanzellen in…

Abbildung 5. STAG2-Verlust stört normales Chromatin…

Abbildung 5. STAG2-Verlust stört die normale Chromatinfaltung und die Assoziation mit DNA-Replikation und -Schädigung…

200 kb) und die Schleifendichte wird reduziert in STAG2-Knockout-Zellen (dargestellt durch gepunktete Linien). (g) Strukturierte Beleuchtungsmikroskopie von SMC1A und PARP1 in WT (U937 WT-1, WT-2) und STAG2-Knockout (U937 STAG2-KO-3, STAG2-KO5) Zellen. Fluoreszenzsignal allein angezeigt und mit der nuklearen Hoechst-Färbung verschmolzen. Die Quantifizierung der Kolokalisation von SMC1A mit PARP1 oder RPA1 wurde unter Verwendung des Manders Kolokalisationskoeffizienten bestimmt. Originalvergrößerung, 100×. Box und Whiskers repräsentieren den Mittelwert ± Tukeys. *P < 0,0001, ungepaarter Schüler T Prüfung.


Zusammenfassung

Nukleosomen verpacken genomische DNA in Chromatin. Durch die Regulierung des DNA-Zugangs für Transkription, Replikation, DNA-Reparatur und epigenetische Modifikation bildet Chromatin den Nexus der meisten Kernprozesse. Darüber hinaus unterliegt die dynamische Organisation des Chromatins sowohl der Regulation der Genexpression als auch der Evolution von Chromosomen zu individualisierten Schwesterobjekten, die sich in der Anaphase sauber in verschiedene Tochterzellen aufspalten können. Diese gemeinschaftliche Übersicht wirft ein Schlaglicht auf Technologien, die entscheidend sein werden, um Schlüsselfragen in der Chromatin- und Chromosomenbiologie zu untersuchen, einschließlich modernster Mikroskopietechniken, Werkzeuge zur physikalischen Manipulation von Chromatin, Einzelzellmethoden zur Messung der Chromatinzugänglichkeit, computergestützter Bildgebung mit neuronale Netze und Analysewerkzeuge zur Interpretation der Chromatinstruktur und -dynamik. Darüber hinaus bietet dieser Aufsatz Perspektiven, wie diese Werkzeuge auf bestimmte Forschungsgebiete wie Genomstabilität und Entwicklungsbiologie angewendet werden können und um Konzepte wie die Phasentrennung von Chromatin zu testen.

Diese Autoren haben zu gleichen Teilen beigetragen


Atomhülle

Die Atomhülle ist eine Doppelmembranstruktur, die den äußersten Teil des Kerns bildet (Abbildung 1). Sowohl die innere als auch die äußere Membran der Kernhülle sind Phospholipid-Doppelschichten.

Die Kernhülle ist mit Poren durchzogen, die den Durchgang von Ionen, Molekülen und RNA zwischen Nukleoplasma und Zytoplasma kontrollieren. Die Nukleoplasma ist die halbfeste Flüssigkeit im Kern, in der wir das Chromatin und den Nukleolus finden.


Mikrotubuli: in vivo

K-Chromosom-Fehlausrichtung

Chromosomen werden nicht an die Metaphaseplatte angeglichen. Eine dramatische Chromosomenfehlausrichtung geht normalerweise mit einer Spindelexpansion in der Metaphase aufgrund eines Kräfteungleichgewichts einher ( Goshima et al., 2005b, 2007 ). Die Fehlausrichtung ist einer der am häufigsten beobachteten Phänotypen nach der mitotischen Gen-RNAi, aber sie ist auch in S2-Zellen schwer zuzuordnen, da Prometaphase-Zellen natürlicherweise nicht ausgerichtete Chromosomen haben und viele Kontrollzellen in der Metaphase auch falsch ausgerichtete Chromosomen zu haben scheinen, hauptsächlich aufgrund der Vorhandensein mehrerer Pole. Die Beobachtung von Zellen mit Metaphase-Arrest (siehe Abschnitt VI.B.) könnte das erste Problem überwinden, aber diese Behandlung selbst erhöht auch die Chromosomenfehlausrichtung, wie im folgenden Abschnitt erörtert. Daher sollte der Phänotyp der Fehlausrichtung basierend auf immungefärbten Bildern durch eine verstärkte Quantifizierung beurteilt werden, zum Beispiel haben wir die Häufigkeit des Vorhandenseins von falsch ausgerichteten Chromosomen für ∼ 100 bipolare Spindeln bestimmt (Goshima und Vale, 2003). Multipolare Spindeln sollten nicht in die Quantifizierung dieses Typs einbezogen werden. Der beste Ansatz zur Beurteilung des Chromosomen-Alignment-Defekts wäre jedoch die Zeitraffer-Bildgebung von Chromosomen oder Kinetochoren in lebenden Zellen (Histon- oder Kinetochor-Proteine ​​dienen als Marker), da sie nicht nur die Häufigkeit des fehlausgerichteten Auftretens von Chromosomen, sondern auch die Dynamik von diese Chromosomen (Goshima et al., 2008 ).


Übersicht über das Magnetmodell

Das Solenoid-Modell erklärt die Verdichtung des eukaryotischen Genoms innerhalb des kleinen kugelförmigen Kerns. Zunächst kondensiert die freie DNA zu weniger komprimierten Chromatinfasern. EIN Chromatinfaser hält die DNA-Helix durch die sich wiederholenden globulären Einheiten oder Histonproteine. Später kondensieren die Chromatinfasern stärker und verwandeln sich in eine stark komprimierte Struktur namens Chromosom.

Wenn die Zelle schließlich zur Teilung bereit ist, teilt das Chromosom den DNA-Gehalt gleichmäßig zwischen den beiden sich teilenden Zellen auf. Durch die Röntgenbeugungsmethode liefert die DNA-Organisation im eukaryontischen Kern explizite Informationen über die Faltung der DNA, Kompaktheitsgrad und die DNA-verknüpfenden Proteine.

Aufgrund der beträchtlichen DNA-Menge muss die DNA so fixiert werden, dass sie im kleinen Zellkern verweilen kann. Durch das Solenoid-Modell können wir die aufeinanderfolgende Stapelung von Nukleosomen untersuchen, die zur Bildung einer gewundenen Schleife führt, die Folgendes umfasst: sechs Nukleosomen pro Dreh dich. Ein Begriff Solenoid steht für das Aufwickeln von ds-DNA in Form einer Coiled Loop.

Formation

Das Magnetmodell repräsentiert die Bildung von spiralförmige Schleife, bei dem die Nukleosomen nacheinander linkshändig um die DNA-Helix angeordnet sind. Die Linker-DNA ist leicht verbogen, das den Kern des Nukleosoms mit dem Solenoid oder der DNA-Helix verbindet, um eine lange Chromatinfaser.

Histon-Oktamer bildet sich durch die Assoziation von jeweils zwei Untereinheiten von H2A, H2B, H3 und H4. Die Organisation von Histonproteinen ist in dem unten angegebenen Diagramm veranschaulicht.

Die Histonproteine ​​sind so organisiert, dass sie eine sterische Hinderungs-Abstoßungskraft erzeugen. Histon-Untereinheiten sind über zwei Faktoren verbunden, nämlich stereospezifische Bindung und anionisch Nukleoplasminprotein. Daher sind diese beiden Faktoren stabilisieren der zentrale Histonkomplex.

Dann wird die DNA (147 bp) windet sich um das Kernproteinpartikel durch 1,75 mal, d.h. eine DNA braucht eine volle Umdrehung und dann eine 3/4 Umdrehung, um a . zu bilden einzelnes Nukleosom. Schließlich werden die Nukleosom-Einheiten durch die H1-Linker-Proteine ​​abgeschottet.

Mehrere Nukleosomen verbinden sich dann linear, die letztendlich ein bilden kann 11nm breite nukleosomale Faser, die wie “ . aussiehtPerlen an einer Schnur“. Die Nukleosomenkerne sind über ein 20-60 Basenpaare langes Segment der Linker-DNA verbunden.

Oligonukleosomen (mehrere Nukleosomen) verbinden sich zu einem langen nukleosomale Faser mit einer Breite von 10 nm, in der sich die H1-Proteine ​​zentral befinden. Infolgedessen interagieren H1-Proteine ​​miteinander, die H1-H1-Proteinabstoßung und ein elektrostatische Anziehung zwischen den DNA und H1-Protein.

DNA ist negativ geladen (aufgrund von Phosphationen), wodurch es von den positiv geladenen angezogen wird H1-Protein (aufgrund des Vorhandenseins von Arginin-, Histidin- und Lysinresten). Für die DNA-Verpackung gab es zwei Modelle, nämlich Solenoid und Zickzack.

In beiden Modellen ist die Bildung von 30 nm spiralförmige Faser von der Sekundärfaltung der 11-nm-Faser ist üblich. Die Anordnung der Nukleosomen um die Helix und die Position der Linker-DNA unterscheiden sich jedoch in beiden Modellen. Das Solenoid-Modell für die DNA-Verpackung wurde von vielen Wissenschaftlern weithin akzeptiert und wird immer noch verwendet, um die Chromatin-Organisation darzustellen.

Abschluss

Im Solenoid-Modell wandelt sich eine 10 nm breite nukleosomale Faser in eine 30 nm breite Chromatinfaser um. Daraus können wir schließen, dass die Nukleosomen die Struktureinheiten Chromatin, die die freie DNA in eine sehr präzise oder kondensierte Form innerhalb des Zellkern.


Mitose: Chromosomen-DNA in gestapelten Schichten verpackt

Eine neue Studie, die auf elektronenmikroskopischen Techniken bei niedrigen Temperaturen basiert, zeigt, dass Chromosomen-DNA während der Mitose in gestapelte Chromatinschichten verpackt wird. Die Forschung, veröffentlicht in EMBO-Journal, bestätigt eine überraschende Struktur, die von UAB-Forschern vor über einem Jahrzehnt vorgeschlagen, aber aufgrund der Einschränkungen der verwendeten Technik kritisiert wurde.

In den Zellkernen ist die DNA an Histonproteine ​​gebunden und bildet lange Ketten von Nukleosomen, die als Chromatinfasern bezeichnet werden. Im Chromatinlabor des Lehrstuhls für Biochemie und Molekularbiologie der UAB unter der Leitung von Professor Joan-Ramon Daban wurde 2005 entdeckt, dass das Chromatin mitotischer Chromosomen multilaminare Platten bildet. Dies war ein überraschendes Ergebnis, das kritisiert wurde, weil nicht erwartet wurde, dass lineare Chromatinfasern zu planaren Strukturen führen könnten, und weil es auf konventionellen Elektronenmikroskopie- und Rasterkraftmikroskopie-Techniken basiert, die eine Adsorption der Probe jeweils auf ebene Oberflächen aus Kohlenstoff und Glimmer. Außerdem muss bei der Elektronenmikroskopie die Probe mit chemischen Vernetzern fixiert, mit Kontrastmitteln behandelt und entwässert werden.

Eine neue Studie basierend auf Elektronenmikroskopie unter kryogenen Bedingungen und Synchrotron-Röntgenstreuung, veröffentlicht in EMBO-Journal, hat gezeigt, dass die DNA in mitotischen Chromosomen dicht gepackt ist und gestapelte Chromatinschichten bildet, die durch Wechselwirkungen zwischen Nukleosomen stabilisiert werden.

Der Vorteil der in dieser neuen Studie verwendeten Kryo-Elektronenmikroskopie-Techniken besteht darin, dass die Probe (unvernetzt und unbehandelt mit Kontrastmitteln) in einer wässrigen Lösung suspendiert wird, die auch während der Bildgebung bei -180 °C gefroren gehalten wird. Da die zu untersuchenden Strukturen groß und komplex sind, wurde in dieser Arbeit die Kryo-Elektronentomographie verwendet, da diese Technik viele Bilder mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufnehmen kann und am Ende eine dreidimensionale Rekonstruktion der analysierten Strukturen erhalten wird.

Die dreidimensionalen Rekonstruktionen zeigten, dass das Chromatin, das von menschlichen Chromosomen ausgeht, die unter physiologischen ionischen Bedingungen gehalten werden, planar ist und multilaminare Platten bildet. Die erhaltenen Dickenmessungen (Einzelschicht 7,5 nm zwei Schichten in Kontakt 13 nm) legen nahe, dass die Platten durch Mononukleosomenschichten gebildet werden, die zwischen ihnen verschachtelt sind. Die komplementären Röntgenstreuungsexperimente zeigten einen dominanten Peak bei 6 nm, der mit dem Abstand zwischen den Schichten und zwischen den über ihre Seitenflächen assoziierten Nukleosomen korreliert werden kann.

Es gibt multilaminare Platten, deren Abmessungen dem Durchmesser eines menschlichen Chromosoms (600 nm) entsprechen. Dies deutet darauf hin, dass die Chromosomen durch gestapelte Chromatinschichten gebildet werden, die senkrecht zur Chromosomenachse ausgerichtet sind. Diese Struktur ist sehr kompakt und hat wahrscheinlich die Funktion, die Integrität der genomischen DNA während der Zellteilung zu schützen.


Schau das Video: What is a Chromosome? (Juni 2022).


Bemerkungen:

  1. Vulmaran

    Welche Worte werden gebraucht ... großartig, eine wundervolle Phrase

  2. Derren

    stimme dem vorigen Beitrag absolut nicht zu

  3. Aja

    Es scheint mir, du hast recht

  4. Abdulla

    This idea is necessary just by the way

  5. Daimi

    Danke für die Info, jetzt dulde ich solche Fehler nicht.

  6. Barden

    Ja, das dachte ich auch.



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