X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

В отличие от безуспешных попыток понять фенотипические проявления полиморфизма хромосом, молекулярная природа вариабельных участков достаточно хорошо изучена. Главное, что отличает различные сегменты хромосом — это богатая по проявлениям неоднородность их структурной и функциональной организации. Так, общим феноменом является наличие в каждой хромосоме двух типов хроматина — эухроматина и гетерохроматина. В данной работе я рассмотрю именно гетерохроматин.

Актуальность темы: Данную тему я считаю очень актуальной, так как гетерохроматин является участком хроматина, в составе которого происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК.

Цель: Изучить структурную и функциональную роль гетерохроматина.

Задачи: Задачи работы следующие:

1. Дать понятие гетерохроматина.

2. Изучить историю открытия гетерохроматина.

3. Рассмотреть факультативный и конститутивный гетерохроматин.

4. Выяснить особенности структуры и состава гетерохроматина.

Глава 1. Понятие «Гетерохроматин»

В составе хромосом выделяют участки гетерохроматина и эухроматин.

Гетерохроматин — участки хроматина, находящиеся в течение клеточного цикла в конденсированном (компактном) состоянии. Гетерохроматин расположен в районе центромеры, теломер и внутри плеч хромосом – интеркалярный гетерохроматин. Гетерохроматиновые участки значительно дольше представлены в клеточном цикле в виде плотно спирализованных фрагментов [4]. Они деспирализуются значительно позже, чем эухроматин или совсем не деспирализуются, сохраняясь в интерфазном ядре в виде плотно окрашенных глыбок – хромоцентров. Гетерохроматиновые районы хромосом могут ассоциироваться друг с другом – эктопическая конъюгация. В результате здесь возможна повышенная частота хромосомных перестроек. Еще одной особенностью гетерохроматина является варьирование его количества в геноме[3].

Глава 2. История открытия гетерохроматина

В 1907 году немецкий цитолог С. Гутхерц обнаружил, что некоторые фрагменты хромосом или хромосомы целиком во время клеточного деления интенсивно окрашиваются и выглядят более конденсированными по сравнению со слабоокрашенными участками. В ядрах клеток, находящихся в интерфазе, были обнаружены участки, интенсивно окрашиваемые красителями, связывающимися с хроматином, такие участки были названы хромоцентрами. С. Гутхерц показал, что гетеропикнотические сегменты хромосом становятся заметными в начале профазы, то есть в начале конденсации хромосом, отличаясь от «нормальных» участков более интенсивной окраской; различия в интенсивности окраски по мере конденсации снижаются и становятся практически неразличимыми в конце метафазы.

Другой немецкий цитолог Эмиль Хайц пришёл к выводу, что хромоцентры, обнаруживаемые в интерфазе, ассоциируются с сильно конденсированными и интенсивно окрашиваемыми гетеропикнотическими участками хромосом, наблюдаемыми в течение митотического цикла, то есть хромоцентры и гетеропикнотические участки являются одними и теми же участками хромосом, которые не подвергаются деконденсации в телофазе.

В 1928 году Хайц предложил термины «эухроматин» для участков хромосом, претерпевающих процесс компактизации-декомпактизации в процессе митоза и «гетерохроматин» для участков, постоянно остающихся в конденсированном состоянии. Хайц считал, что гетерохроматиновые участки хромосом являются генетически инертными [3].

Глава 3. Факультативный и конститутивный гетерохроматин

Гетерохроматин в хромосомах человека в свою очередь подразделяется на структурный (конститутивный) и факультативный гетерохроматин.

Конститутивный (структурный) гетерохроматин образует постоянные структурные элементы в парах гомологичных хромосом и располагается преимущественно в околоцентромерных районах, а также дистальном отделе длинного плеча Y-хромосомы. Конститутивный гетерохроматин человека состоит из сателлитной ДНК I–III классов, а также из сателлитной ДНК α-, β- и γ-типов.

Термин «факультативный гетерохроматин» относится к гетерохроматинизированному эухроматину, который присутствует не в обеих, а в одной из двух гомологичных хромосом. Если конститутивному гетерохроматину присуще неизменное, стабильное конденсированное состояние, то факультативный гетерохроматин свойственен какой-либо определенной стадии развития или типу клеток. Классическим примером факультативного гетерохроматина является функционально неактивная (инактивированная) Х-хромосома, представленная в интерфазных соматических клетках, имеющих две Х-хромосомы, в виде так называемого тельца полового хроматина (тельце Барра). Факультативный гетерохроматин, в отличие от конститутивного хроматина, содержащего различные классы сателлитной ДНК, обогащен протяженными повторяющимися последовательностями типа LINE, которые способствуют конденсации хроматина. Наличие LINE повторов в G-сегментах сближает эти районы метафазных хромосом с факультативным гетерохроматином. Гетерохроматиновые районы поздно реплицируются, метилированы и содержат гипоацетилированные гистоны, вследствие чего эти сегменты хромосом обычно транскрипционно инертны или обладают пониженной транскрипционной активностью [1].

Глава 4. Особенности структуры и состава гетерохроматина

Хроматин является нуклеопротеидом — комплексом ДНК с гистонами. Конденсация хроматина в гетерохроматин сопровождается как модификацией гистонов, так и усложнением состава нуклеопротеидного комплекса за счёт участия в нём белков гетерохроматина HP1 (Heterochromatin Protein 1). Гистоны гетерохроматинового комплекса характеризуются низкой степенью ацетилированности по лизиновым остаткам, что увеличивает их основные свойства и, соответственно, связывание с кислыми фосфатными группами ДНК, что способствует компактификации комплекса. [6]. Другой особенностью, ведущей к образованию гетерохроматина, является метилирование 27-го лизинового остатка гистона H3 белками Polycomb-комплекса 2 (PRC2) и 9-го лизинового остатка гистона H3 гистоновой метилтрансферазой Suv39h. Метилирование 9-го лизинового остатка гистона H3 ведёт к образованию высокоаффинного сайта связывания гистона H3 и белка гетерохроматина HP1. У дрозофил метилтрансфераза Suv39h функционально ассоциирована с гистондеацетилазой таким образом, что ацетилированное и метилированное состояние 9-го лизинового остатка гистона H3 являются взаимоисключающими, то есть обеспечивается единый механизм деацетилирования и метилирования гистона H3, ведущий к усилению связывания с гистоном как ДНК, так и белка гетерохроматина HP1.

Заключение

Хотя в исторической ретроспективе он изучен хуже, чем эухроматин, новые открытия заставляют считать, что гетерохроматин играет критически важную роль в организации и правильном функционировании геномов, начиная с дрожжей и кончая человеком (хотя у S. cerevisiae особая форма гетерохроматина) [2]. Его потенциальное значение подчеркивается тем фактом, что 96% генома млекопитающих состоит из некодирующих и повторяющихся последовательностей.

Список используемой литературы

1. Баранов В.С., Кузнецова Т. В. Цитогенетика эмбрионального развития человека: Научно-практические аспекты. [Текст]: СПб: Издательство Н-Л,2007.

2. Различие между эухроматином и гетерохроматином [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://humbio.ru/humbio/epihumblu/001c4577.htm (Дата обращения 23.12.2017).

3. Коряков Д. Е., Жимулев И. Ф. Хромосомы. Структура и функции / Под ред. д.б.н. Л. В. Высоцкой. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. — 258 с.

4. Новости науки [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://elementy.ru/novosti_nauki/431182 (Дата обращения 23.12.2017).

5. Генетика человека. Бочков Н.П. с.90

6. Жимулев И. Ф. Общая и молекулярная генетика. — 1. — Новосибирск: Издательство Новосибирского университета, 2002. — 459 с.

Код для цитирования: Скопировать