ஹிஸ்டோன்கள் மற்றும் குரோமாடின் அமைப்பு
ஒரு யூகேரியோடிக் செல்லின் உட்கருவில், டி.என்.ஏ ஒரு தளர்வான "சரம்" போல இருப்பதில்லை. உட்கருவின் விட்டம் சில மைக்ரோமீட்டர்கள் மட்டுமே என்றாலும், மனித டி.என்.ஏ முழுவதையும் விரித்தால், அது சுமார் இரண்டு மீட்டர் நீளம் இருக்கும். இந்த மாபெரும் மரபணுப் பொருளை, அத்தியாவசியமான உயிரியல் செயல்முறைகளுக்கு அணுகக்கூடியதாக இருக்கும் அதே வேளையில், உள்ளடக்கிக் கொள்வதற்காக, செல்கள் ஒரு நேர்த்தியான மற்றும் இயங்குதன்மை கொண்ட பொதியிடும் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன. இந்த அமைப்பு குரோமாடின் என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் அதன் முக்கியக் கூறுகள் ஹிஸ்டோன்கள் ஆகும்—இவை சிறிய, நேர்மின் சுமை கொண்ட புரதங்கள், இவை டி.என்.ஏ சுற்றப்படும் சுருள்கள் போலச் செயல்படுகின்றன. ஹிஸ்டோன்கள் மற்றும் குரோமாடின் அமைப்பைப் புரிந்துகொள்வது, மரபணுக்கள் எவ்வாறு இயக்கப்படுகின்றன அல்லது அணைக்கப்படுகின்றன, செல்கள் எவ்வாறு பிரிக்கப்படுகின்றன, மற்றும் டி.என்.ஏ பொதியிடலில் ஏற்படும் சிறிய மாற்றங்கள் ஏன் நோயுடன் தொடர்புபடுத்தப்படலாம் என்பதை விளக்க நமக்கு உதவுகிறது.
குரோமாடின் என்பது என்ன?
குரோமாடின் என்பது டிஎன்ஏ, புரதங்கள் (முக்கியமாக ஹிஸ்டோன்கள்), மற்றும் பல ஹிஸ்டோன் அல்லாத புரதங்கள் மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய ஆர்என்ஏ ஆகியவற்றால் ஆன ஒரு சிக்கலான அமைப்பாகும். குரோமாடினின் முதன்மைப் பணி, டிஎன்ஏ-வை பொதி செய்வது மட்டுமல்லாமல், மரபணுத் தகவல்களுக்கான அணுகலை ஒழுங்குபடுத்துவதும் ஆகும். குரோமாடின் மிகவும் இறுக்கமாகவோ அல்லது தளர்வாகவோ பொதிந்திருக்கலாம், மேலும் இந்த நிலை, சில மரபணுக்கள் எளிதில் படிக்கப்படுகின்றனவா (படியெடுக்கப்படுகின்றனவா) அல்லது செயலற்ற நிலையில் இருக்கின்றனவா என்பதைப் பாதிக்கிறது.
பொதுவாக, குரோமாடினின் இரண்டு வடிவங்கள் அடிக்கடி விவாதிக்கப்படுகின்றன:
1. யூக்ரோமாட்டின்: ஒப்பீட்டளவில் தளர்வான அமைப்புடையது, மரபணுக்கள் செறிந்தது, மற்றும் படியெடுத்தல் செயல்பாட்டில் மிகவும் தீவிரமானது.
2. ஹெட்டிரோகுரோமாடின்: இது ஒரு அடர்த்தியான அமைப்பாகும், பெரும்பாலும் மீண்டும் மீண்டும் வரும் வரிசைகளைக் கொண்டுள்ளது, மற்றும் பொதுவாக படியெடுத்தல் செயல்பாட்டில் குறைவாகவே உள்ளது. ஹெட்டிரோகுரோமாடின், எடுத்துக்காட்டாக சென்ட்ரோமியர் மற்றும் டெலோமியர் பகுதிகளில், மரபணுத்தொகுப்பின் நிலைத்தன்மையைப் பேணுவதிலும் ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது.
யூக்ரோமாட்டின் மற்றும் ஹெட்டிரோக்ரோமாட்டின் ஆகியவை நிலையான பிரிவுகள் அல்ல என்பதை வலியுறுத்துவது அவசியம்; செல்லுலார் தேவைகள், செல் சுழற்சி நிலை மற்றும் சுற்றுச்சூழல் சமிக்ஞைகளுக்கு ஏற்ப குரோமாட்டின் மாறக்கூடும்.
ஹிஸ்டோன்கள்: டி.என்.ஏ-வை பொதி செய்யும் மையப் புரதங்கள்
ஹிஸ்டோன்கள் என்பவை லைசின் மற்றும் அர்ஜினைன் போன்ற நேர்மின் சுமை கொண்ட அமினோ அமிலங்கள் செறிந்த புரதங்களாகும். டிஎன்ஏ-வின் முதுகெலும்பில் உள்ள பாஸ்பேட் தொகுதிகளின் காரணமாக அது எதிர்மின் சுமை கொண்டிருப்பதால், இந்த நேர்மின் சுமை முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது. ஹிஸ்டோன்களுக்கும் டிஎன்ஏ-வுக்கும் இடையேயான நிலைமின் இடைவினைகள், ஒரு நிலையான பொதிவுக் கட்டமைப்பை உருவாக்க உதவுகின்றன.
முக்கிய ஹிஸ்டோன்கள் இரண்டு குழுக்களாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன:
– மைய ஹிஸ்டோன்கள்: H2A, H2B, H3 மற்றும் H4. இந்த நான்கும் சேர்ந்து, டி.என்.ஏ சுருண்டிருக்கும் 'மையத்தை' உருவாக்குகின்றன.
– இணைப்பு ஹிஸ்டோன்கள்: முதன்மையாக H1 (மற்றும் அதன் வகைகள்). இந்த ஹிஸ்டோன்கள் நியூக்ளியோசோம்களுக்கு இடையேயான டிஎன்ஏ இணைப்புகளை நிலைப்படுத்தவும், அதிக அளவிலான பொதிதலை ஊக்குவிக்கவும் உதவுகின்றன.
"வழக்கமான" ஹிஸ்டோன்கள் மட்டுமின்றி, குறிப்பிட்ட இடங்களில் வழக்கமான ஹிஸ்டோன்களுக்குப் பதிலாக அமையக்கூடிய ஹிஸ்டோன் மாறுபாடுகளும் (எ.கா., H2A.Z, H3.3, CENP-A) உள்ளன. இந்த மாறுபாடுகள், மரபணுச் செயலாக்கம், டிஎன்ஏ சேதத்திற்கான பதில்வினை அல்லது சென்ட்ரோமியர் அடையாளம் போன்ற குறிப்பிட்ட பண்புகளை குரோமாடினுக்கு அளிக்கின்றன.
நியூக்ளியோசோம்: குரோமாடின் கட்டமைப்பின் அடிப்படை அலகு
குரோமாடினின் மிக அடிப்படையான கட்டமைப்பு அலகு நியூக்ளியோசோம் ஆகும். நியூக்ளியோசோம் பின்வருவனவற்றைக் கொண்டுள்ளது:
– ஹிஸ்டோன் ஆக்டா-மெர்: 2 × (H2A, H2B, H3, H4)
– சுமார் 147 கார இணைகளைக் (bp) கொண்ட ஒரு ஆக்டா-மெரைச் சுற்றி சுற்றப்பட்ட டிஎன்ஏ.
– ஒரு நியூக்ளியோசோமை அடுத்த நியூக்ளியோசோமுடன் இணைக்கும், மாறுபட்ட நீளமுள்ள (பெரும்பாலும் சுமார் 20–80 bp) “இணைப்பி” டிஎன்ஏ.
ஓர் உவமையைக் கூறினால், டிஎன்ஏ ஒரு சரம் போன்றது, அதே சமயம் நியூக்ளியோசோம்கள் மணிகள் போன்றவை. இந்த அமைப்பு பெரும்பாலும் “சரத்தின் மீதான மணிகள்” என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இது பொதிதலின் ஆரம்ப நிலையைக் குறிக்கிறது.
நியூக்ளியோசோம்களின் பங்கு வெறும் இயந்திரவியல் சார்ந்ததல்ல. ஹிஸ்டோன்களைச் சுற்றிச் சுற்றப்பட்டிருக்கும் டி.என்.ஏ-வை அணுகுவது கடினமாகிவிடுவதால், டிரான்ஸ்கிரிப்ஷன் காரணிகள் மற்றும் பிற நொதிகள் டி.என்.ஏ-வுடன் பிணையுமா என்பதை நியூக்ளியோசோம்களின் இருப்பும் நிலையும் தீர்மானிக்கின்றன. வேறுவிதமாகக் கூறினால், நியூக்ளியோசோம்கள் என்பவை மரபணுக்களுக்கான அணுகலைத் திறக்கவோ அல்லது மூடவோ கூடிய "வாயில்கள்" ஆகும்.
குரோமாடின் பேக்கேஜிங் அளவுகள்
நியூக்ளியோசோம் நிலைக்குப் பிறகு, குரோமாட்டின் மேலும் சுருக்கப்படலாம். வழக்கமாக, பாடப்புத்தகங்கள் பல அடுக்கு அடுக்கமைப்பை இவ்வாறு விவரிக்கின்றன:
1. டிஎன்ஏ இரட்டைச் சுருள் (2 நானோமீட்டர்)
2. நியூக்ளியோசோம் இழைகள் (சுமார் 10–11 நானோமீட்டர்)
3. 30 நானோமீட்டர் இழை (சோலனாய்டு அல்லது ஜிக்-ஜாக் மாதிரி; உயிருள்ள செல் சூழல்களில் இதன் இருப்பு இன்னும் விவாதத்தில் உள்ளது, ஆனால் மேம்பட்ட அடர்த்தியாக்கல் என்ற கருத்து பொருத்தமானதாகவே இருக்கிறது)
4. வளையப் பகுதி: குரோமாடின் இழைகள், உட்கருவில் உள்ள புரதக் கட்டமைப்பில் நிலைநிறுத்தப்பட்ட வளையங்களை உருவாக்குகின்றன.
5. மெட்டாஃபேஸ் குரோமோசோம்கள்: செல் பிரிவின் போது காணப்படும் மிகவும் அடர்த்தியான வடிவம்.
உட்கருவிற்குள், குரோமாடினின் முப்பரிமாண அமைப்பு மிகவும் ஒழுங்கமைக்கப்பட்டுள்ளது. செயல்படும் மரபணுக்கள் படியெடுத்தலுக்கு உகந்த சூழல்களில் அமைந்திருக்க முனைகின்றன, அதே சமயம் செயலற்ற பகுதிகள் குறிப்பிட்ட இடங்களில் "குழுமமாக" இருக்கலாம். இந்த ஒழுங்கமைப்பு, மரபணு வெளிப்பாட்டைத் திறமையாக ஒருங்கிணைக்க உதவுகிறது.
ஹிஸ்டோன் மாற்றங்கள் மற்றும் “ஹிஸ்டோன் குறியீடு”
ஒரு ஹிஸ்டோனில் மிகவும் அடிக்கடி மாற்றியமைக்கப்படும் பகுதி ஹிஸ்டோன் வால் ஆகும், இது நியூக்ளியோசோமிலிருந்து வெளியே நீட்டிக்கொண்டிருக்கும் N-முனைப் பகுதியாகும். இந்த வால், மொழிபெயர்ப்புக்குப் பிந்தைய பல்வேறு மாற்றியமைப்புகளுக்கு உள்ளாகலாம், எடுத்துக்காட்டாக:
– அசிடைலேற்றம்: பொதுவாக லைசினில் நிகழ்கிறது; இது ஹிஸ்டோன்களின் நேர்மின் சுமையைக் குறைப்பதால், டி.என்.ஏ உடனான பிணைப்பு பலவீனமடைந்து, குரோமாட்டின் மேலும் திறந்த நிலைக்கு வருகிறது; இது பெரும்பாலும் மரபணுச் செயல்பாட்டுடன் தொடர்புடையது.
– மெத்திலேற்றம்: லைசின் அல்லது அர்ஜினைனில்; இதன் விளைவு அது அமைந்துள்ள இடத்தைப் பொறுத்தது. எடுத்துக்காட்டாக, H3K4-இல் ஏற்படும் மெத்திலேற்றம் பெரும்பாலும் செயல்படும் மரபணுக்களுடன் தொடர்புடையது, அதேசமயம் H3K9 அல்லது H3K27-இல் ஏற்படும் மெத்திலேற்றம் பெரும்பாலும் மரபணுக்களைச் செயலிழக்கச் செய்வதோடு தொடர்புடையது.
– பாஸ்போரிலேற்றம்: இது பெரும்பாலும் டிஎன்ஏ சேதத்திற்கான பதிலளிப்பு மற்றும் மைட்டாசிஸ் ஒழுங்குமுறையுடன் தொடர்புடையது.
– குரோமாடின் நிலைத்தன்மை மற்றும் இடைவினைகளைப் பாதிக்கும் யூபிக்விட்டினேஷன் மற்றும் பிற மாற்றங்கள்.
இந்த மாற்ற வடிவங்களின் தொகுப்பு பெரும்பாலும் “ஹிஸ்டோன் குறியீடு” என்று அழைக்கப்படுகிறது. இதன் பின்னணியில் உள்ள கருத்து என்னவென்றால், சில மாற்றங்களின் சேர்க்கைகளை மற்ற புரதங்கள் “படித்து” குறிப்பிட்ட உயிரியல் விளைவுகளை உருவாக்க முடியும்—உதாரணமாக, படியெடுத்தல் தூண்டி வளாகங்கள், அடக்கி வளாகங்கள் அல்லது டிஎன்ஏ பழுதுபார்க்கும் புரதங்களைச் சேர்ப்பது.
ஹிஸ்டோன் மாற்றங்கள் மூன்று குழு புரதங்களால் ஒழுங்குபடுத்தப்படுகின்றன:
– மாற்றியமைப்பிகள்: மாற்றங்களைச் சேர்க்கும் நொதிகள் (எ.கா. அசிட்டிலேஷனுக்கான HAT, மெத்திலேஷனுக்கான HMT)
– அழிப்பான்கள்: மாற்றங்களை நீக்கும் நொதிகள் (எ.கா. டீஅசிடைலேஷனுக்கான HDAC, டீமெத்திலேஸ்)
– வாசகர்கள்: மாற்றங்களை அடையாளம் காணும் புரதங்கள் (எ.கா. புரோமோடொமைன்கள் அசிடைலேஷனை அடையாளம் காண்கின்றன)
குரோமாடின் மறுவடிவமைப்பு: மரபணுக்களை ஒழுங்குபடுத்துவதற்காக நியூக்ளியோசோம்களை இடம் மாற்றுதல்
வேதியியல் மாற்றங்களுடன் கூடுதலாக, செல்களில் குரோமாடின் மறுவடிவமைப்புக் கூட்டமைப்புகளும் உள்ளன. இவை ATP ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி நியூக்ளியோசோம்களின் நிலையையோ அல்லது அமைப்பையோ மாற்றுகின்றன. இந்தக் கூட்டமைப்புகளால்:
– குறிப்பிட்ட டிஎன்ஏ தளங்கள் திறக்கும் அல்லது மூடும் வகையில் நியூக்ளியோசோம்களை நகர்த்துதல் (சறுக்குதல்).
ஹிஸ்டோன்களை அகற்றுதல் அல்லது அவற்றின் மாற்று வகைகளைக் கொண்டு பதிலீடு செய்தல்
– நியூக்ளியோசோம்களுக்கு இடையிலான தூரத்தை ஒழுங்குபடுத்துகிறது
மரபணுக்களை விரைவாகச் செயல்படுத்த வேண்டியிருக்கும் போதும், டி.என்.ஏ. இரட்டிக்கப்பட வேண்டியிருக்கும் போதும், அல்லது பழுதுபார்க்கும் நொதிகளின் உதவி தேவைப்படும் அளவிற்கு டி.என்.ஏ. சேதம் ஏற்படும் போதும் மறுசீரமைப்பு அவசியமாகிறது.
ஹிஸ்டோன்கள், டிஎன்ஏ நகலாக்கம் மற்றும் சேத சீரமைப்பு
செல்கள் டி.என்.ஏ-வை நகலெடுக்கும்போது, நகலெடுப்புக் கிளைக்கு முன்னால் உள்ள குரோமாட்டின் தற்காலிகமாகப் பிரிக்கப்பட்டு, அதன் பின்னால் மீண்டும் உருவாக்கப்பட வேண்டும். பழைய மற்றும் புதிய ஹிஸ்டோன்கள், ஹிஸ்டோன் "சேப்பரோன்" புரதங்களின் உதவியுடன் சேய் டி.என்.ஏ-விற்கு விநியோகிக்கப்படுகின்றன. இந்தச் செயல்முறையானது, மறுசீரமைப்பு மட்டுமின்றி, நிலையான செல் அடையாளத்தைப் பேணுவதற்காக மரபணு ஒழுங்குமுறையின் "நினைவகத்தையும்" (எ.கா., ஹிஸ்டோன் மாற்றியமைத்தல் வடிவங்கள்) பராமரிப்பதையும் உள்ளடக்கியுள்ளது.
டிஎன்ஏ சேதத்தைச் சரிசெய்வதில், குரோமாட்டினும் இயங்கு தன்மை கொண்டது. இரட்டை இழை முறிவுகள் போன்ற சேதங்கள், சரிசெய்யும் இயந்திரக் குழுவை வரவழைப்பதற்காக, குறிப்பிட்ட ஹிஸ்டோன்களை மாற்றியமைக்கும் சமிக்ஞைகளைத் தூண்டுகின்றன (எ.கா., பல யூகேரியோட்டுகளில் H2A.X-இன் பாஸ்போரைலேஷன்). குரோமாட்டின் மாற்றங்கள் இல்லாமல், டிஎன்ஏ-வின் பல பகுதிகளைச் சரிசெய்யும் நொதிகள் சென்றடைவது கடினமாகிறது.
குரோமாடின் மற்றும் எபிஜெனெடிக்ஸ்
ஹிஸ்டோன்கள் பற்றிய விவாதம் பெரும்பாலும் எபிஜெனெடிக்ஸுடன் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைகிறது. எபிஜெனெடிக்ஸ் என்பது டிஎன்ஏ வரிசையை மாற்றாமல், மரபணு வெளிப்பாட்டு வடிவங்களில் ஏற்படும் மரபுவழி மாற்றமாகும். ஹிஸ்டோன் மாற்றங்கள், ஹிஸ்டோன் வகைகள் மற்றும் நியூக்ளியோசோம் நிலைகள் ஆகியவை எபிஜெனெடிக் குறிப்பான்களாகச் செயல்படலாம். டிஎன்ஏ மெத்திலேஷன் மற்றும் குறியீடற்ற ஆர்என்ஏ ஆகியவற்றுடன் சேர்ந்து, இந்த அமைப்பு ஒரே டிஎன்ஏவைக் கொண்ட செல்கள் (எடுத்துக்காட்டாக, தசை செல்கள் மற்றும் நரம்பு செல்கள்) வெவ்வேறு மரபணுத் திட்டங்களைக் கொண்டிருக்க அனுமதிக்கிறது.
புறமரபணு ஒழுங்கின்மையானது புற்றுநோய், வளர்ச்சிக் குறைபாடுகள் மற்றும் நரம்பு சிதைவு நோய்கள் உள்ளிட்ட பல்வேறு நிலைகளுக்கு பங்களிக்கக்கூடும். அவற்றின் மீளக்கூடிய தன்மை காரணமாக, புறமரபணு கூறுகள் சில மருத்துவச் சூழல்களில் HDAC தடுப்பான்கள் அல்லது குறிப்பிட்ட மெத்திலேஷன் நொதிகள் போன்ற சிகிச்சை இலக்குகளாகவும் உள்ளன.
மூடுகிறது
ஹிஸ்டோன்களும் குரோமாடின் கட்டமைப்பும் நவீன மூலக்கூறு உயிரியலின் இன்றியமையாத அடித்தளங்களாகும். ஹிஸ்டோன்கள் என்பவை டி.என்.ஏ-வைச் சுருட்டும் கருவிகள் மட்டுமல்ல, மாறாக, டி.என்.ஏ-வின் செயல்பாட்டைத் தக்கவைத்துக் கொண்டே அதைச் சுருக்கி வைக்க உதவும் ஒழுங்குபடுத்தும் கூறுகளாகும். நியூக்ளியோசோம் உருவாக்கம், மேம்படுத்தப்பட்ட சுருக்கம், ஹிஸ்டோன் வால் மாற்றங்கள், ஹிஸ்டோன் வகைகள் மற்றும் ஏ.டி.பி-யால் இயக்கப்படும் மறுவடிவமைப்பு ஆகியவற்றின் மூலம், மரபணுக்கள் எப்போது, எங்கே இயக்கப்படுகின்றன, டி.என்.ஏ எவ்வாறு இரட்டிக்கப்படுகிறது, மற்றும் சேதம் எவ்வாறு சரிசெய்யப்படுகிறது என்பதைச் செல்களால் ஒழுங்குபடுத்த முடிகிறது. குரோமாடின் இயக்கவியலைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், மரபணுத்தொகுதியை ஒரு நிலையான உரையாகக் கருதாமல், செல்லின் வாழ்வை ஒருங்கிணைத்து வைப்பதற்காகத் தொடர்ந்து மறுசீரமைக்கப்படும்—திறக்கப்பட்டு, மூடப்பட்டு, மற்றும் திருத்தப்படும்—ஒரு கையெழுத்துப் பிரதியாக நாம் பார்க்க முடியும்.
