Types de chromatine, caractéristiques, structure, fonctions

La Chromatine C'est le complexe formé par l'ADN et les protéines, unique dans les organismes eucaryotes. En termes de proportion, il contient presque une double protéine comme du matériel génétique. Les protéines les plus importantes de ce complexe sont les histones - petites protéines à charge positive qui se lient à l'ADN par les interactions électrostatiques. De plus, la chromatine a plus de mille protéines différentes des histones.

L'unité fondamentale de la chromatine est un nucléosome, qui se compose de l'union des histones et de l'ADN. Cette ordination rappelle aux comptes un collier. Après avoir traversé tous les niveaux d'organisation supérieurs, nous atteindrons les chromosomes.

Source: chromatine_nucleofilaments.PNG: Chris WoodcockderiveVative Travail: Goutttegd [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

La structure de la chromatine est étroitement liée au contrôle de l'expression des gènes. Il existe deux types principaux: l'euchromatine et l'hétérochromatine.

L'eucromatine se caractérise par un faible degré de compactage, ce qui se traduit par des niveaux élevés de transcription. En revanche, l'hétérochromatine est transcriptionnellement inactive, en raison du degré de compactage si élevé qu'il présente.

Structurellement, il existe certaines marques épigénétiques des histones des deux types de chromatines. Alors que l'euchromatine est associée à l'acétylation, l'hétérochromatine est associée à une diminution des groupes chimiques.

Il existe certaines régions d'hétérochromatine avec des fonctions structurelles, telles que les télomères et les centromères.

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Perspective historique

L'étude du matériel génétique et de son organisation structurelle commence en 1831 lorsque le chercheur Robert Brown décrit le noyau. L'une des questions immédiates de cette découverte a été d'étudier la nature biologique et chimique de cette structure.

Ces questions ont commencé à être élucidées entre 1870 et 1900, avec les expériences de Friedrich Miescher, qui introduit le mot nucléine. Cependant, Walther Flemming modifie le terme et les utilisations Chromatine Se référer à la substance nucléaire.

Au fil du temps, vous commencez à avoir une connaissance plus approfondie du matériel génétique et de ses propriétés. Ce n'est qu'en 1908 que le chercheur d'Italie Pasquale Baccarini note que la chromatine n'est pas homogène et parvient à visualiser de petits corps à l'intérieur du noyau.

Les types de chromatines - euchromatine et hétérochromatine - ont été initialement proposés par Emil Heitz en 1928. Pour établir cette classification, Heitz était basé sur l'utilisation de la coloration.

En 1974, le biologiste Roger Kornberg a proposé un modèle pour l'organisation du matériel génétique dans les structures appelées nucléosomes, hypothèse confirmée empiriquement par les expériences de Markus Noll.

Qu'est-ce que la chromatine?

Composants de la chromatine: ADN et protéines

La chromatine est une nucléoprotéine formée par l'union du matériel génétique - ADN - avec un ensemble hétérogène de protéines. Cette association est très dynamique et acquiert une conformation complexe à trois dimensions qui lui permet de remplir ses fonctions régulatrices et structurelles.

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L'une des protéines de chromatine les plus importantes est les histones, qui sont presque égales comme ADN.

Les histonas sont des protéines de base, remarquablement conservées tout au long de l'histoire évolutive des êtres organiques - c'est-à-dire que nos histones ne varient pas beaucoup par rapport à celles des autres mammifères, même un autre animal plus éloigné phylogénétiquement.

Le fardeau des histones est positif, ils peuvent donc interagir à travers des forces électrostatiques avec la charge négative du squelette phosphate présent dans l'ADN. Il existe cinq types d'histones, à savoir: H1, H2A, H2B, H3 et H4.

Il existe également une série de protéines de nature différente de celles des histones qui participent au compactage de l'ADN.

Compactage d'ADN: nucléosomes

L'unité fondamentale de la chromatine est les nucléosomes - structures répétitives formées d'ADN et d'histones, conformation que nous trouvons dans tout le matériel génétique.

L'hélice à double ADN est roulée dans un complexe huit histones connu sous le nom Histonas octa. La molécule est roulée dans environ deux tours, suivie d'une courte région (entre 20 et 60 paires de bases) qui sépare les nucléosomes les uns des autres.

Pour comprendre cette organisation, nous devons tenir compte du fait que la molécule d'ADN est extrêmement longue (environ 2 mètres) et doit être inscrite de manière ordonnée pour s'installer dans le noyau (dont le diamètre est de 3 à 10 µm). De plus, il doit être disponible pour la réplication et la transcription.

Cet objectif est atteint avec différents niveaux de compactage de l'ADN, étant les premiers des nucléosomes susmentionnés. Ceux-ci ressemblent aux récits d'un collier de perles. Environ 150 paires de bases d'ADN sont roulées à domicile "Compte".

Dans les bactéries, il n'y a pas d'histoires vraies. En revanche, il existe une série de protéines qui rappellent les histones et il est présumé qu'ils contribuent à l'emballage d'ADN bactérien.

Organisation supérieure

L'organisation de la chromatine n'est pas limitée au niveau des nucléosomes. Cette association de protéines et d'ADN est regroupée en une structure plus épaisse d'environ 30 nm - en raison de cette épaisseur, elle est appelée «niveau de fibre de 30 nm».

La chromatine organisée dans l'épaisseur de 30 nm est organisée à son tour sous la forme de boucles qui s'étendent dans une sorte d'échafaudage de la nature des protéines (pas d'histones).

Il s'agit du modèle actuellement géré, bien que l'existence de mécanismes de compactage plus complexes puisse être attendue. L'organisation finale se compose du chromosome.

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Erreurs dans l'organisation de la chromatine

Le compactage et l'organisation du matériel génétique sont vitaux pour plusieurs fonctions biologiques. Différentes conditions médicales ont été associées à des erreurs dans la structure de la chromatine, notamment une talasie alpha liée au chromosome X, le syndrome de Rubinstein-Taybi, le syndrome de cercueil-lowry, le syndrome de Rett, entre autres.

Types de chromatine

Il existe deux types de chromatine dans la cellule, révélés par l'application de la coloration: l'euchromatine ("vrai" chromatine) et l'hétérochromatine. Dans le premier cas, la coloration est observée faiblement, tandis que dans la seconde, la coloration est intense.

Cette organisation structurelle de l'ADN est unique aux organismes eucaryotes et est crucial pour le comportement des chromosomes et la régulation de l'expression des gènes.

Si nous évaluons les proportions des deux types de chromatines dans une cellule qui est en interface, nous constatons qu'environ 90% de la chromatine est l'euchromatine et les 10% restants correspond à l'hétérochromatine. Ensuite, nous décrirons chaque type en détail:

Toi. Hétérochromatine

Caractéristiques

La principale différence entre les deux types de chromatine est liée au degré de compactage ou de "emballage" de la molécule pendant les étapes spécifiques de la division cellulaire.

Bien que dans l'interface, le matériel génétique semble être dispersé au hasard, ce n'est pas de cette manière.

Il existe une organisation importante à ce stade, où vous pouvez voir une partition différentielle du matériel chromosomique à l'intérieur du noyau.

L'ADN des chromosomes n'est pas lié avec le brin d'ADN d'autres chromosomes et les restes sont des régions spécifiques appelées territoires chromosomiques. Cette organisation semble contribuer à l'expression des gènes.

L'hétérochromatine est fortement condensée, étant peu accessible aux machines de transcription - donc ils ne sont pas transcrits. De plus, il est pauvre en termes de quantité de gènes qu'il présente.

Types d'hétérochromatine

Certaines régions d'hétérochromatine sont persistantes dans toute la lignée cellulaire - c'est-à-dire, toujours Il se comportera comme l'hétérochromatine. Ce type d'hétérochromatine est connu comme constitutif. Un exemple de cela est les régions condensées des chromosomes appelés centromères et télomères.

En revanche, il existe des parties d'hétérochromatine qui peuvent varier le niveau de compactage en réponse aux changements dans les modèles de développement ou les variables environnementales.

Grâce aux nouvelles études, cette vision est reformulée et maintenant il existe des preuves que l'hétérochromatine constitutive est également dynamique et capable de répondre aux stimuli.

Structure

L'un des facteurs qui détermine la structure de la chromatine est les modifications chimiques des histones. Dans le cas de la chromatine transcriptionnellement inactive, ils présentent des histones hypoacétisées.

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La diminution de la quantité de groupes d'acétyle est associée au silence des gènes, car la charge positive des lisines ne sera pas masca, permettant une forte interaction électrostatique entre l'ADN et les histones.

Une autre marque épigénétique est la méthylation. Cependant, comme l'ajout d'un groupe méthyle ne modifie pas la charge de la protéine, sa conséquence (activer ou désactiver les gènes) n'est pas si évidente et dépendra de la région de l'histone où la marque est située.

Empiriquement, il a été constaté que la méthylation de H3K4me3 et H3K36me3 est associée à l'activation des gènes et à celles de H3K9me3 et H3K27me3.

Les fonctions

Dans l'exemple de l'hétérochromatine constitutive, nous mentionnons le centromère. Cette région chromosomique a un rôle structurel et contribue au mouvement des chromosomes lors des événements de division cellulaire mitotique et méiotique.

Ii. Euchromatine

Caractéristiques

Contrairement à l'hétérochromatine, l'euchromatine est une molécule moins compacte, de sorte que la machinerie de transcription a un accès facile (spécifiquement à l'ARN polymérase enzymatique) et peut être exprimée par des voies activement génétiques.

Structure

La structure d'un nucléosome d'une chromatine active du point de vue de la transcription est caractérisée par des histones acétylées. La présence de lisines monométhyliques est également associée à l'activation des gènes.

L'ajout d'un groupe acétyle à ces déchets de lysine des histones neutralise la charge positive de cet acide aminé. La conséquence immédiate de ce changement est la réduction des interactions électrostatiques entre l'histone et l'ADN, générant une chromatine plus laxiste.

Cette modification structurelle permet les interactions du matériau génétique avec la machinerie transcriptionnelle, qui se caractérise par un volume particulièrement volumineux.

Les fonctions

L'eucromatine englobe tous les gènes qui sont actifs et parviennent à être obtenus par des machines enzymatiques liées à la transcription. Par conséquent, les fonctions sont aussi larges que les fonctions des gènes impliqués.

Les références

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