Chromatyna

Organizacja materiału genetycznego u roślin
Chromatyna wypełnia jądro komórkowe
Maksymalny stopień kondensacji DNA osiąga w chromosomach
Białka histonowe
„Sznur korali” (‘beads on the string’)
Olins & Olins, 1973
http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/N/Nucleus.html
Photo of chromatin digested by nuclease, from Hewish and Burgoyne's 1973 experiment.
Dean
Hewish, 1973
Leigh
Burgoyne, 1973
Trawienie chromatyny DNAzą -Drabinka nukleosomowa
Roger Kornberg
w 1974 r. zaproponował
model, w którym DNA
owinięty jest wokół rdzenia
histonowego tworząc
nukleosom
NUKLEOSOM JEST PODSTAWOWĄ JEDNOSTKĄ STRUKTURALNĄ
CHROMATYNY
Fałd histonowy
Złożenie fałdów (hand shake)
Konserwowane elementy na obrzeżu oktameru
Oktamer – oddziaływanie z DNA
Struktura krystalogtaficzna cząstki rdzeniowej nukleosomu
Karolin Luger
Timothy Richmond
Luger K, Mader AW, Richmond RK, Sargent DF, Richmond TJ. Nature 1997 Sep18;389(6648):251-60
Składanie nukleosomu
Zaginanie i zwijanie DNA na oktamerze
•
Ściśle zwinięta lewoskrętna superhelisa ma ok. 80
pz na zwój i skok superhelikalny ok. 27,5 A.
Ekspozycja miejsc w helisie DNA na oktamerze
Mutacje SIN znoszą oddziaływania oktameru z DNA
Cząstka rdzeniowa, chromatosom i nukleosom
Umiejscowienie H1 w nukleosomie
Rodzaje chromatyny w jadrze
Regulacyjna rola chromatyny
Struktury ponadnukleosomowe
Nukleosomy zajmują określone miejsca w chromatynie
•
•
•
A. Schemat ułożenia
nukleosomów w chromatynie,
pojęcie długości powtórzeń
nuklesomowych.
B. Silnie zlokalizowane i rozmyte
nukleosomy.
•
C. Nukleosomy a miejsca
wiązania czynników
transkrypcyjnych.
•
G. Arya et al. jbsd 2010
•
Nukleosomy a transkrypcja
• Schemat otwartych (A) i
zamkniętych (B) promotorów.
• Typowa mapa pozycyjna
nukleosomów na otwartym
promotorze pokazuje wyraźne
wyróżnienie locus genowego
przez obecność rejonów 5’ i 3’
wolnych od nukleosomów
(NDR).
• (TSS) - miejsce startu
transkrypcji.
• 5’ NDR sąsiaduje z silnie
związanymi nukleosomami.
•
G. Arya et al. jbsd 2010
Pozycjonowanie nukleosomów
Struktura a funkcja chromatyny
Zmiany struktury chromatyny
• modyfikacje DNA
• modyfikacje potranslacyjne histonów
• wyspecjalizowane warianty histonów
• ATP-zależna przebudowa (remodeling) chromatyny
Metylacja DNA, Metylomy
Metylacja cytozyny w DNA
U bliźniąt monozygotycfznych różnice epigenetyczne (metylacja DNA)
nagromadzają się w życiu osobniczym
•
Significant DNA methylation
changes are indicated as thick red
and green blocks in the ideograms.
The 50-year-old twin pair shows
abundant changes in the pattern of
DNA methylation
(green=hypermethylation and
red=hypomethylation), 3-year-old
twins have a very similar DNA
methylation (yellow).
•
"...We found that, although twins
are epigenetically indistinguishable
during the early years of life, older
monozygous twins exhibited
remarkable differences in their
overall content and genomic
distribution of 5-methylcytosine
DNA and histone acetylation,
affecting their gene-expression
portrait. These findings indicate
how an appreciation of epigenetics
is missing from our understanding
of how different phenotypes can be
originated from the same
genotype."
•
Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Jul
Modyfikacje potranslacyjne białek histonowych
Turner 2002
Modyfikacje potranslacyjne białek histonowych – kod
histonowy
Modyfikacje potranslacyjne białek histonowych
Kozaurides 2007
Acetylacja lizyny w histonach
Elektroforetyczny dowód acetylacji histonów
Efekt acetylacji ogonów histonowych
Mechanizm działania modyfikacji potranslacyjnych białek
histonowych
 Działanie bezpośrednie: zmiany w oddziaływaniach
histon-DNA i histon-histon
 Działanie pośrednie: rekrutacja białek rozpoznających
określone modyfikacje
Kozaurides 2007
Warianty histonów – H2A
Warianty histonów - rozmieszczenie w chromosomach
ATP-zależna przebudowa (remodeling) chromatyny
Główne typy kompleksów remodelujących chromatynę
SWI/SNF
Snf2
Swp
73
Snf5 Swi3Swi3
ISWI
ISWI
ISWI
Mi2
Mi2
Działanie kompleksów remodelujących chromatynę
ATP
DDM1
Kingston & Narlikar, 1999
Brzeski & Jerzmanowski, 2003
ATP-zależna przebudowa (remodeling) chromatyny
Jeden z mechanizmów remodelingu: przesunięcie oktameru histonów
wzdłuż nici DNA
Chromatyna – hierarchia struktur