cromatina

Che cos’è la cromatina? Definizione, struttura…

La cromatina è una massa di tessuto genetico composta da DNA e proteine che si condensa per dare forma ai cromosomi in tutto il reparto cellulare eucariotico. La cromatina si trova all’interno del nucleo delle nostre cellule.

La funzione principale di questo composto di DNA e proteine è quella di comprimere il DNA in un’unità compatta, più piccola e in grado di inserirsi all’interno del nucleo. La cromatina è costituita da complessi di piccole proteine chiamate istoni e DNA.

Gli istoni aiutano a organizzare il DNA in sistemi noti come nucleosomi, offrendo una base su cui il DNA può essere avvolto. Un nucleosoma comprende una serie di DNA di circa centocinquanta coppie di basi che si avvolge intorno a un sistema di 8 istoni, noto come ottamero.

Che cos’è la cromatina?

La cromatina è un complesso altamente organizzato di DNA e proteine ed è uno dei componenti principali del nucleo cellulare. Le proteine istoniche aiutano a organizzare il DNA in unità strutturali chiamate nucleosomi, che vengono poi assemblate in una struttura compatta (cromatina) e infine in strutture molto grandi e di alto livello (cromosomi). L’accessibilità localizzata della cromatina è ampiamente regolata dalle modifiche post-traslazionali delle proteine degli istoni e del DNA, che hanno effetti drammatici sulla regolazione della struttura della cromatina, sul legame dei complessi modificatori della cromatina e sui regolatori della trascrizione.

Definizione

È il complesso di DNA genomico e proteine associate nel nucleo. Questa forma migliore del DNA consente alle cellule di confezionare il proprio DNA, offre un’impalcatura per il reparto cellulare e controlla l’espressione genica. La forma certa, attraverso un repertorio dinamico di proteine, si alterna tra eterocromatina condensata ed eucromatina prolungata.

Struttura della cromatina

struttura della cromatina
struttura della cromatina

Le proteine istoniche e il DNA hanno la stessa massa nella cromatina eucariotica (sebbene esistano anche cellule con proteine non istoniche). Il nucleosoma è l’unità strutturale della cromatina, che a sua volta è costituita da DNA e proteine (istoni o non istoni). Questa struttura si ripete in tutto il materiale genetico di un organismo. La struttura di questo composto di DNA e proteine che si impacchettano nella struttura di ordine superiore è mostrata di seguito.

Funzione della cromatina

Inizialmente, la cromatina era considerata la sostanza che dà il colore al nucleo cellulare. In seguito si è scoperto che non è solo una sostanza colorante, ma è uno dei più importanti regolatori dell’espressione del DNA. La struttura della cromatina svolge un ruolo importante anche nella replicazione del DNA. L’assemblaggio del DNA nella cromatina e nel nucleosoma dà luogo a una struttura ermeticamente chiusa, non accessibile agli enzimi responsabili della trascrizione, della replicazione e della riparazione del DNA.

L’impacchettamento della struttura del DNA è trascrizionalmente repressivo e consente solo un livello basale di espressione genica. Se le strutture nucleosomiche sono aperte o interrotte, il DNA può essere replicato e trascritto più facilmente.

Durante il processo di trascrizione, la struttura di questo composto di DNA e proteine viene modificata da alcuni repressori e attivatori che interagiscono con l’RNA per regolare l’attività del gene. Gli attivatori alterano la struttura del nucleosoma, stimolando l’assemblaggio della RNA polimerasi. Durante la replicazione, si verifica una regolazione simile della struttura della cromatina, che consente al macchinario di replicazione di essere in posizione all’origine della replicazione.

La cromatina svolge anche un ruolo di regolazione dell’espressione genica: attraverso la tecnica della variegazione posizionale, i geni possono diventare trascrizionalmente inattivi grazie alla loro collocazione vicino all’eterocromatina della cromatina silente. La distanza tra la cromatina eterocromatica silente e i geni può raggiungere le 1000 coppie di kilobasi. Questo fenomeno è chiamato epigenetica perché produce variazioni nel fenotipo.

Gli scienziati hanno proposto che la natura altamente condensata dell’eterocromatina impedisca la trascrizione del DNA. Tuttavia, non è ancora del tutto chiaro come vengano influenzate le regioni non eterocromatiche vicine. I ricercatori hanno scoperto che le proteine possono diffondersi nelle regioni vicine per produrre un effetto repressivo simile. I ricercatori hanno anche proposto che i compartimenti del nucleo non accessibili ai fattori di trascrizione possano ospitare l’eterocromatina. Pertanto, la cromatina nel nucleo potrebbe non essere direttamente accessibile ai fattori di trascrizione.

La struttura della cromatina influisce sulla replicazione del DNA. Ad esempio, l’eucromatina e altre aree attive del genoma si replicano prima. Allo stesso modo, nell’eterocromatina e nella zona silente circostante, il processo di replicazione è lento. Altre caratteristiche cruciali di questa composizione di DNA e proteine sono definite di seguito.

DNA packaging

The most important function of chromatin is to pack long strands of DNA into a much smaller space. The linear length of DNA is very important in relation to its location. In order to fit together without becoming tangled or damaged, DNA must be compacted by some method. The compaction of DNA in the nucleus is called condensation. The degree of condensation of DNA within a body is called the packing ratio. The packing ratio of DNA is about 7000. Because of this high packing ratio, DNA is not embedded directly in the chromatin structure. Instead, there are different hierarchies of organisation.

The initial packaging is achieved by wrapping the DNA around the nucleosome. This packing is the equal for heterochromatin and euchromatin. The second level of packaging is achieved by wrapping the beads in a 30 nm fibre that is also found in mitotic chromosomes and interphase chromatin. This wrapping increases the packing ratio from 6 to 40. The third stage of compaction is achieved by winding the fibre into rings, domains and scaffolds. This final winding increases the packing ratio to 10,000 in the mitotic chromosomes and to 1,000 in the interphase chromatin.

Chromatin immunoprecipitation

Chromatin immunoprecipitation (ChIP) is a powerful technique to map the in vivo distribution of proteins associated with chromosomal DNA. These proteins can be histone subunits and post-translational modifications or other chromatin-associated proteins such as transcription factors, chromatin regulators, etc. In addition, ChIP can be used to identify regions of the genome associated with these proteins or, conversely, to identify proteins associated with a particular region of the genome. ChIP methodology often involves protein-DNA and protein-protein cross-linking, fragmentation of the cross-linked chromatin and subsequent immunoprecipitation of the chromatin with an antibody specific for a target protein. Isolated DNA fragments in complex with the target protein can be identified by various methods, including PCR, microarrays and DNA sequencing.

Cromosomi

I cromosomi vengono ulteriormente compressi durante la metafase. Durante la divisione cellulare nelle cellule eucariotiche, il DNA deve essere diviso equamente in due cellule figlie. Durante questa fase, il DNA è altamente compresso e, non appena la cellula termina la divisione, il cromosoma si ritrae. Se si confronta la lunghezza dei cromosomi in metafase con quella del DNA lineare, il rapporto di impacchettamento può arrivare fino a 10.000:1. Questo elevato livello di impacchettamento è ottenuto grazie alla fosforilazione dell’istone H1.

Fonte

  1. Comings D E. The structure and function of chromatin [M]. Advances in human genetics
  2. Brenner’s Encyclopedia of Genetics
  3. Chromatin accessibility: a window into the genome