Cromatina

CROMATINA

Termenul de cromatina este utilizat pentru a defini forma de existenta a materialului genetic in interfaza, in timpul diviziunii, aceasta structurandu-se in formatiuni puternic condensate si mai intens colorate numite cromozomi (gr. cromos = culoare, soma = corp).

La microscopul optic, cromatina apare in nucleu sub forma de granule, filamente sau blocuri, cu pozitie variabila in nucleu.

La microscopul electronic s-a observat ca filamentele de cromatina au grosime variabila, sunt spiralate si puternic condensate.

Din punct de vedere chimic, filamentele de cromatina sunt alcatuite din ADN - 30%, proteine histonice - 40%, proteine nonhistonice - 25% si ARN - 5%, care este de fapt un ARN asamblat in timpul copierii informatiei genetice.

Cele mai importante proteine componente ale cromatinei sunt histonele, existente numai in nucleii celulelor eucariote.

Cele cinci tipuri de histone (H₁, H_2A, H_2B, H₃, H₄) prezinta un caracter bazic prin continutul ridicat in lizina si arginina, legandu-se de gruparile fosfat cu sarcini negative ale macromoleculelor de ADN. Histona₁ prezinta specificitate de specie si detine un rol cheie in organizarea si functionarea cromatinei.

Nonhistonele sunt proteine cromozomiale heterogene structural si functional, din grupul acesta facand parte ADN si ARN-polimerazele, precum si enzimele care intervin in acetilarea, metilarea si fosforilarea reversibila a nucleoproteinelor. Spre deosebire de histone, nonhistonele prezinta o mare variabilitate in functie de specie, avand un rol important in reglajul specific, diferentiat al genelor si in modificarea activitatii genomului pe parcursul ciclului celular.

Studiile de microscopie electronica au aratat ca fibrele de cromatina sunt alcatuite din unitati asemanatoare structural numite nucleosomi (Fig. 40).

Nucleosomii reprezinta primul nivel ierarhic de organizare a cromatinei, fiind formatiuni cilindrice. Din punct de vedere chimic nucleosomul este un octomer histonic, alcatuit din opt molecule de proteine histonice: H_2A, H_2B, H₃, H₄ (cate doua copii din fiecare). Proteinele histonice ale nucleosomului sunt consolidate cu ajutorul unei proteine de asamblare. In jurul octomerului histonic se infasoara ADN-ul, sub forma a doua inele care contin 160 - 200 perechi de nucleotide si care se continua, de la un nucleosom la altul, printr-un segment de ADN linker, ce contine 20 -30 perechi de nucleotide, legate cu un tip diferit de histone.

Prin insiruirea nucleosomilor se formeaza fibrila de cromatina, care in urma unei noi condensari va forma fibra de cromatina cu un diametru de 30 nm, caracteristica nucleului interfazic.

Organizare cromatinei sub forma de nucleosomi a permis infasurarea ADN-ului intr-o structura si mai condensata numita solenoid. Nucleofilamentele se pot organiza in filamente mai groase care rezulta prin impachetarea structurii nucleosomale, astfel incat  3 - 6 nucleosomi formeaza spira unei structuri numita solenoid.

Bucle de condensare de 700nm

Cromozomi metafazici de 1400nm

Solenoid Proiect: Dezvoltarea prenatala si nasterea - factorii ce influenteaza dezvoltarea Eseu: Bazele moleculare ale apoptozei

Bucle de condensare de 300nm

Nucleosomi

Macromolecula de ADN

Fig. 40. Structura cromatinei

Formarea fibrei de cromatina este conditionata de H₁ care contine trei domenii structurale:

- domeniu central hidrofob care interactioneaza cu nucleosomii

- H₂ si COOH hidrofile care interactioneaza cu ADN - linker

In eritrocitele de pasari, H₅ este echivalent cu H₁. In cadrul structurii de solenoid, compactarea ADN este de ≈ 50 de ori.

Urmatoarele nivele de compactare cuprind: bucle de condensare de 300nm, bucle de condensare de 700nm si cromozomi metafazici de 1400nm.

Acest dispozitiv structural spiralizat al fibrei de cromatina asigura acomodarea intregului genom, cu o lungime totala exprimata in metri, la un compartiment nuclear mic, de cativa microni.

Pe baza gradului de spiralizare si a afinitatii tinctoriale, precum si pe baza unor diferente de compozitie si activitate genetica, au fost descrise doua tipuri de cromatina: eucromatina si heterocromatina.

Eucromatina sau cromatina adevarata este activa genetic si se prezinta sub o forma slab spiralizata si condensata, continand secvente de ADN informational, nerepetitiv. Replicarea ei se desfasoara pe tot parcursul fazei S, de sinteza a ciclului celular si reprezinta cromatina in plina activitate de transcriptie si de realizare a translatiei informationale. Se poate clasifica in doua tipuri: constitutiva sau forma transcriptional activa si inductibila, care are grad intermediar de condensare intre eucromatina constitutiv activa si heterocromatina.

Heterocromatina este forma condensata a cromatinei, puternic spiralizata si ca urmare putin activa genetic. Ea contine mult ADN repetitiv si se replica la sfarsitul fazei S a ciclului celular. Heterocromatina este de doua feluri: constitutiva si facultativa.

Heterocromatina constitutiva este condensata constant in interfaza, se coloreaza puternic si este inactiva genetic, segmentele ei niciodata nefiind transcrise pe ARN. Heterocromatina constitutiva este alcatuita din secvente de ADN repetitiv, care la mamifere reprezinta 15% din cantitatea totala de ADN. Din acest ADN repetitiv, 2/3 contine secvente nucleotidice care se repeta de cateva sute de ori, iar 1/3 cuprinde secvente care se repeta de mii sau zeci de mii de ori. Aceste secvente repetitive sunt aglomerate in apropierea centromerului si se numesc ADN satelit.

Heterocromatina facultativa, dupa tipul cromozomilor afectati poate fi de doua feluri: cromatina autosomala si cromatina gonosomala.

Heterocromatina facultativa autosomala este reprezentata de segmentele hipercondensate ale cromozomilor autosomi.

Heterocromatina facultativa gonosomala sau cromatina sexuala este un tip de heterocromatina care este inactiva pe toata durata ciclului celular, fiind reprezentata de anumite segmente cromozomiale sau chiar cromozomi intregi.

Acest tip de heterocromatina este intalnit in nucleii a cel putin 20% din celulele somatice ale femelelor de mamifere si apare ca urmare a condensarii in interfaza, inca din perioada embrionara, a unuia din cei doi cromozomi sexuali X.

Cromatina sexuala apare sub forma unui corpuscul sferic sau ovalar, atasat de membrana nucleara interna (in celulele epiteliale) sau plasat langa nucleol (in celulele nervoase). In polimorfonuclearele neutrofile, cromatina sexuala a fost identificata sub forma unui corpuscul asemanator batului de toba, atasat de unul din lobii nucleari.

Prezenta cromatinei sexuale la masculi sau prezenta la femele a mai mult decat un corpuscul Barr, indica existenta unor cromozomopatii (anomalii cromozomiale reflectate de o serie de modificari patologice).

La masculi, desi corpusculul Barr lipseste, la microscopul cu fluorescenta s-a observat in nucleii interfazici asa numitul corpuscul F (heterocromatina Y), semnalat in structura cromozomilor Y.

Rolul structural al heterocromatinei este definit de: stabilizarea structurilor centromerice si a capetelor cromozomale, imperecherea cromozomilor in meioza si recombinarea genetica intracromozomala.

Rolul functional al heterocromatinei se exprima prin: transmiterea de substanta prin membrana nucleara si controlul diferentierii celulare.

Rolul evident al heterocromatinei este reprezentat de inactivarea genelor in mecanismul compensatiei dozei de gene X - lincate.