Comstock Images/Comstock/Getty Images
I varje eukaryot cell är DNA inte en fritt flytande molekyl utan en välorganiserad enhet som måste passa in i ett mikroskopiskt utrymme samtidigt som det säkerställer korrekt nedärvning och korrekt genaktivitet. Den täta packningen av DNA i nukleosomer och kromosomer är avgörande för dessa uppgifter.
DNA är en polymer av nukleotider som bildar dubbelspiralformade strängar. Dessa strängar sveper sig runt histonproteiner för att bilda nukleosomer, de grundläggande repeterande enheterna av kromatin. Nukleosomkärnpartikeln, som består av en oktamer av histoner (H2A, H2B, H3 och H4), är inlindad av ~147 baspar av DNA, vilket skapar ett "pärlor-på-sträng"-utseende. Ytterligare komprimering involverar högre ordningsveckning av nukleosommatriser till fibrer på 30 nm och längre, vilket kulminerar i de mycket kondenserade kromosomerna som observeras under mitos.
Referenser:Nature 2021 , NCBI Bookshelf
Under större delen av cellcykeln förblir kromatin i ett löst vikt tillstånd, vilket tillåter transkriptionsmaskineri tillgång till gener. Kondensation inträffar under profas och metafas av mitos, när det kondenserade kromatinet buntar ihop sig till distinkta kromosomer. Denna komprimering säkerställer att varje dottercell får en exakt kopia av genomet.
Före mitos dupliceras genomet under S-fas, vilket producerar systerkromatider som ligger i linje längs metafasplattan. Korrekt inriktning och spänning från spindelmikrotubuli garanterar exakt segregering. Underlåtenhet att kondensera eller feljustera kromosomerna kan leda till aneuploidi – ofta kännetecknet för cancerceller – eller celldöd.
Referenser:Cell 2016 , Science 2017
Transkriptionsfaktorer (TF) binder till specifika DNA-motiv i promotor- eller förstärkarregioner för att aktivera eller undertrycka gentranskription. När kromatin är öppet kan TF och RNA-polymeras II lätt komma åt DNA. Däremot blockerar hårt insvept kromatin fysiskt bindningsställen, vilket undertrycker transkription.
Histonsvansar kan genomgå posttranslationella modifieringar - acetylering, metylering, fosforylering - som modulerar DNA-histonaffinitet. Till exempel neutraliserar histonacetylering positiva laddningar, minskar nukleosomens stabilitet och främjar ett öppet kromatintillstånd. Omvänt kan metylering vid vissa rester antingen aktivera eller undertrycka transkription beroende på sammanhanget.
Dessa dynamiska förändringar utgör det epigenetiska landskapet som bestämmer celltypsspecifika genuttrycksmönster utan att ändra den underliggande DNA-sekvensen.
Referenser:Nature Reviews Molecular Cell Biology 2013 , Cell Systems 2020
