Гистонҳо ва сохтори хроматин
Дар ядрои ҳуҷайраҳои эукариотӣ, ДНК ҳамчун "риштаи" фуҷур вуҷуд надорад. Агар тамоми ДНК-и инсон кушода мешуданд, он тақрибан ду метр дарозӣ медошт, ҳарчанд диаметри ядро танҳо чанд микрометр буд. Барои ҷойгир кардани ин миқдори бузурги маводи генетикӣ ва дар айни замон дастрас будан барои равандҳои муҳими биологӣ, ҳуҷайраҳо системаи бастабандии тоза ва динамикӣ доранд. Ин система бо номи хроматин маълум аст ва ҷузъҳои асосии он гистонҳо мебошанд - сафедаҳои хурди мусбат заряднок, ки мисли ғалтакҳое амал мекунанд, ки дар атрофи онҳо ДНК печонида мешавад. Фаҳмидани гистонҳо ва сохтори хроматин ба мо кӯмак мекунад, ки фаҳмем, ки чӣ гуна генҳо фаъол ё ғайрифаъол мешаванд, чӣ гуна ҳуҷайраҳо тақсим мешаванд ва чаро тағйироти хурд дар бастабандии ДНК метавонанд бо беморӣ алоқаманд бошанд.
Хроматин чист?
Хроматин як комплексест, ки аз ДНК, сафедаҳо (асосан гистонҳо) ва як қатор сафедаҳои ғайригистонӣ ва РНК-и марбут иборат аст. Вазифаи асосии хроматин на танҳо бастабандии ДНК, балки танзими дастрасӣ ба маълумоти генетикӣ мебошад. Хроматин метавонад зичтар ё сусттар бастабандӣ шавад ва ин ҳолат ба он таъсир мерасонад, ки оё генҳои муайян ба осонӣ хонда мешаванд (транскрипсия карда мешаванд) ё майл доранд, ки хомӯш монанд.
Умуман, ду шакли хроматин мавҷуданд, ки аксар вақт мавриди баррасӣ қарор мегиранд:
1. Эухроматин: сохтори нисбатан фуҷур, аз генҳо бой ва аз ҷиҳати транскрипсия фаъолтар.
2. Гетерохроматин: сохтори зичтар, ки аксар вақт пайдарпайиҳои такроршавандаро дар бар мегирад ва умуман аз ҷиҳати транскрипсия камтар фаъол аст. Гетерохроматин инчунин дар нигоҳ доштани устувории геном, масалан, дар минтақаҳои сентромера ва теломера, нақши муҳим мебозад.
Қайд кардан муҳим аст, ки эухроматин ва гетерохроматин категорияҳои қатъӣ нестанд; хроматин метавонад мувофиқи ниёзҳои ҳуҷайра, марҳилаи давраи ҳуҷайра ва сигналҳои муҳити зист тағйир ёбад.
Гистонҳо: сафедаҳои аслӣ, ки ДНК-ро мебанданд
Гистонҳо сафедаҳое мебошанд, ки аз аминокислотаҳои мусбат заряднок ба монанди лизин ва аргинин бой мебошанд. Ин заряди мусбат муҳим аст, зеро ДНК аз сабаби гурӯҳҳои фосфатӣ дар сутунмӯҳраи он манфӣ заряднок аст. Таъсири мутақобилаи электростатикӣ байни гистонҳо ва ДНК ба ташаккули сохтори устувори бастабандӣ мусоидат мекунад.
Гистонҳои асосӣ ба ду гурӯҳ тақсим мешаванд:
– Гистонҳои аслӣ: H2A, H2B, H3 ва H4. Ин чор нафар «асл»-ро ташкил медиҳанд, ки дар атрофи он ДНК печонида шудааст.
– Гистонҳои пайвандкунанда: асосан H1 (ва вариантҳои он). Ин гистонҳо ба устувории робитаҳои ДНК байни нуклеосомаҳо ва баланд бардоштани сатҳи бастабандӣ мусоидат мекунанд.
Илова бар гистонҳои "канонӣ", вариантҳои гистон низ мавҷуданд (масалан, H2A.Z, H3.3, CENP-A), ки метавонанд дар ҷойҳои мушаххас гистонҳои муқаррариро иваз кунанд. Ин вариантҳо ба хроматин хосиятҳои мушаххас, ба монанди дастгирии фаъолсозии ген, вокуниши осеби ДНК ё ҳувияти сентромераро медиҳанд.
Нуклеосома: воҳиди асосии сохтори хроматин
Воҳиди асосии сохтории хроматин нуклеосома мебошад. Нуклеосома аз инҳо иборат аст:
– Октамер гистон: 2 × (H2A, H2B, H3, H4)
– ДНК дар атрофи окта-мери тақрибан 147 ҷуфт асос (bp) печонида шудааст
– ДНК-и «пайвандкунанда» бо дарозии гуногун (аксар вақт тақрибан 20-80 bp), ки як нуклеосомаро ба нуклеосомаи дигар мепайвандад
Барои истифодаи қиёс, ДНК ба ришта монанд аст, дар ҳоле ки нуклеосомаҳо ба муҳраҳо монанданд. Ин сохтор аксар вақт "муҳраҳо дар ришта" номида мешавад ва сатҳи ибтидоии бастабандиро ифода мекунад.
Нақши нуклеосомаҳо на танҳо механикӣ аст. Азбаски ДНК-и дар атрофи гистонҳо печонидашуда камтар дастрас мешавад, мавҷудият ва мавқеи нуклеосомаҳо метавонанд муайян кунанд, ки оё омилҳои транскрипсия ва дигар ферментҳо метавонанд ба ДНК пайваст шаванд. Ба ибораи дигар, нуклеосомаҳо "дарвозаҳо" мебошанд, ки метавонанд дастрасиро ба генҳо боз ё пӯшанд.
Сатҳи бастабандии хроматин
Пас аз сатҳи нуклеосома, хроматинро минбаъд фишурдан мумкин аст. Дар китобҳои дарсӣ ба таври классикӣ бастабандии бисёрсатҳаро тавсиф мекунанд:
1. Спирали дугонаи ДНК (2 нм)
2. Нахҳои нуклеосома (тақрибан 10–11 нм)
3. Нахи 30 нм (модели соленоидӣ ё зигзаг; мавҷудияти он дар шароити ҳуҷайраҳои зинда ҳанӯз мавриди баррасӣ қарор дорад, аммо мафҳуми зичии пешрафта муҳим боқӣ мемонад)
4. Домени ҳалқа: нахҳои хроматин ҳалқаҳоеро ташкил медиҳанд, ки ба чаҳорчӯбаи сафеда дар ядро пайваст шудаанд.
5. Хромосомаҳои метафаза: шакли зичтарин ҳангоми тақсимшавии ҳуҷайра.
Дар дохили ядро, тартиби сеченакаи хроматин хеле муташаккил аст. Генҳои фаъол одатан дар муҳитҳои мусоид барои транскрипсия ҷойгир мешаванд, дар ҳоле ки минтақаҳои хомӯш метавонанд дар минтақаҳои мушаххас "гурӯҳбандӣ" шаванд. Ин созмон ба ҳамоҳангсозии самараноки ифодаи ген мусоидат мекунад.
Тағйироти гистон ва «рамзи гистон»
Қисми аз ҳама бештар тағйирёфтаи гистон думи гистон аст, ки сегменти N-терминалӣ буда, аз нуклеосома берун мебарояд. Ин дум метавонад тағйироти гуногуни пас аз тарҷумаро аз сар гузаронад, масалан:
– Ацетилизатсия: одатан дар лизин; майл ба кам кардани заряди мусбати гистонҳо дорад, то ки робита бо ДНК суст шавад ва хроматин кушодатар шавад, ки аксар вақт бо фаъолшавии ген алоқаманд аст.
– Метилизатсия: дар лизин ё аргинин; таъсир аз макон вобаста аст. Масалан, метилизатсия дар H3K4 аксар вақт бо генҳои фаъол алоқаманд аст, дар ҳоле ки H3K9 ё H3K27 аксар вақт бо хомӯшкунӣ алоқаманд аст.
– Фосфорилизатсия: аксар вақт бо вокуниши осеби ДНК ва танзими митоз алоқаманд аст.
– Убиквитинизатсия ва дигар тағйиротҳое, ки ба устуворӣ ва таъсири мутақобилаи хроматин таъсир мерасонанд.
Ин маҷмӯаи намунаҳои тағирот аксар вақт "рамзи гистон" номида мешавад, ки идея дар он аст, ки баъзе комбинатсияҳои тағиротро сафедаҳои дигар метавонанд "хонанд", то таъсири мушаххаси биологиро ба вуҷуд оранд - масалан, ҷалби комплексҳои фаъолкунандаи транскрипсия, комплексҳои репрессор ё сафедаҳои таъмири ДНК.
Тағйироти гистон аз ҷониби се гурӯҳи сафедаҳо танзим карда мешаванд:
– Нависандагон: ферментҳое, ки тағйирот илова мекунанд (масалан, HAT барои ацетилизатсия, HMT барои метилизатсия)
– Размерҳо: ферментҳое, ки тағйиротро нест мекунанд (масалан, HDAC барои деацетилизатсия, деметилаза)
– Хонандагон: сафедаҳое, ки тағйиротро эътироф мекунанд (масалан, бромодоменҳо ацетилизатсияро эътироф мекунанд)
Таҷдиди хроматин: тағйир додани нуклеосомаҳо барои танзими генҳо
Илова бар тағйироти кимиёвӣ, ҳуҷайраҳо инчунин комплексҳои аз нав сохтани хроматин доранд, ки аз энергияи ATP барои тағир додани мавқеъ ё таркиби нуклеосомаҳо истифода мебаранд. Ин комплексҳо метавонанд:
– Ҷойивазкунии нуклеосомаҳо (лағжиш) то кушода/пӯшида будани баъзе қисматҳои ДНК
– Хориҷ кардан ё иваз кардани гистонҳо бо вариантҳо
- Масофаи байни нуклеосомаҳоро танзим мекунад
Таҷдиди сохтор вақте муҳим аст, ки генҳо бояд зуд фаъол карда шаванд, вақте ки ДНК бояд нусхабардорӣ карда шавад ё вақте ки осеби ДНК рух медиҳад, ки дастрасӣ ба ферментҳои барқароркунандаро талаб мекунад.
Гистонҳо, репликатсияи ДНК ва таъмири зарар
Вақте ки ҳуҷайраҳо ДНК-ро такрор мекунанд, хроматин бояд муваққатан дар пеши чангаки такрорӣ ҷудо карда шуда, дар паси он аз нав ҷамъ карда шавад. Гистонҳои кӯҳна ва нав ба ДНК-и духтар тақсим карда мешаванд, ки бо ёрии сафедаҳои "шаперон"-и гистон аст. Ин раванд на танҳо аз нав бастабандӣ кардан, балки нигоҳ доштани "хотира"-и танзими генҳоро (масалан, намунаҳои тағирёбии гистон) барои нигоҳ доштани ҳувияти устувори ҳуҷайраро дар бар мегирад.
Дар таъмири осеби ДНК, хроматин низ динамикӣ аст. Зараре ба монанди шикастани дуқабата сигналҳоеро ба вуҷуд меорад, ки гистонҳои мушаххасро (масалан, фосфорилизатсияи H2A.X дар бисёр эукариотҳо) тағир медиҳанд, то механизми таъмирро ҷалб кунанд. Бе тағйироти хроматин, ба бисёр минтақаҳои ДНК расидани ферментҳои таъмир душвор аст.
Хроматин ва эпигенетика
Муҳокимаи гистонҳо аксар вақт бо эпигенетика, ки тағйири ирсии намунаҳои ифодаи генҳо бидуни тағйир додани пайдарпайии ДНК мебошад, ҳампӯшӣ мекунад. Тағйироти гистон, вариантҳои гистон ва мавқеъҳои нуклеосома метавонанд ҳамчун маркерҳои эпигенетикӣ амал кунанд. Якҷоя бо метилизатсияи ДНК ва РНК-и ғайрирамзгузорӣ, ин система ба ҳуҷайраҳо бо ҳамон ДНК (масалан, ҳуҷайраҳои мушакҳо ва ҳуҷайраҳои асаб) имкон медиҳад, ки барномаҳои гуногуни генӣ дошта бошанд.
Танзими нодурусти эпигенетикӣ метавонад ба як қатор бемориҳо, аз ҷумла саратон, ихтилоли инкишоф ва бемориҳои нейродегенеративӣ мусоидат кунад. Аз сабаби баргардонидашавандагии онҳо, ҷузъҳои эпигенетикӣ инчунин ҳадафҳои терапевтӣ, ба монанди ингибиторҳои HDAC ё ферментҳои мушаххаси метилизатсия, дар баъзе мавридҳои клиникӣ мебошанд.
Penutup
Гистонҳо ва сохтори хроматин пояҳои муҳими биологияи муосири молекулавӣ мебошанд. Гистонҳо на танҳо "пайвандҳо"-и ДНК, балки ҷузъҳои танзимкунандае мебошанд, ки ба ДНК имкон медиҳанд, ки фишурда шавад ва ҳамзамон функсионалӣ боқӣ монад. Тавассути ташаккули нуклеосомаҳо, фишурдашавии беҳтаршуда, тағирёбии думи гистон, вариантҳои гистон ва таҷдиди сохтори ATP, ҳуҷайраҳо метавонанд кай ва дар куҷо фаъол шудани генҳо, чӣ гуна такрор шудани ДНК ва чӣ гуна барқарор шудани зарарро танзим кунанд. Бо дарки динамикаи хроматин, мо метавонем геномро на ҳамчун матни статикӣ, балки ҳамчун дастнависе бубинем, ки пайваста аз нав ташкил карда мешавад - кушода, пӯшида ва таҳрир карда мешавад - то ҳаёти ҳуҷайра ҳамоҳанг бошад.
