Χρωματίνη

Χρωματίνη είναι το υλικό από το οποίο συντίθενται τα χρωμοσώματα. Είναι ένα σύμπλεγμα DNA και πρωτεϊνών που μπορούν να συμπιέσουν το γενετικό υλικό. Οι διαταραχές στη δομή της χρωματίνης μπορούν να οδηγήσουν σε σοβαρές ασθένειες.

Τι είναι η χρωματίνη;

Η Chromatin είναι ένα μείγμα DNA, ιστονών και άλλων πρωτεϊνών που συνδέονται με το DNA. Ένα σύμπλοκο DNA-πρωτεΐνης σχηματίζεται από αυτό, τα κύρια συστατικά του οποίου, ωστόσο, είναι DNA και ιστόνες. Η ονομασία χρωματίνη προκύπτει από τον αποχρωματισμό αυτού του συμπλόκου με βασικές πυρηνικές βαφές. Όλα τα ευκαρυωτικά περιέχουν χρωματίνη.

Στα προκαρυωτικά, τα μόρια DNA είναι κυρίως ελεύθερα και σχηματίζουν δομή δακτυλίου. Στα ανώτερα ευκαρυωτικά πλάσματα, η χρωματίνη είναι η βάση των χρωμοσωμάτων. Το σύμπλεγμα DNA-πρωτεΐνης μπορεί να συμπιέσει τόσο πολύ που πολλές γενετικές πληροφορίες μπορούν να αποθηκευτούν σε μικρό χώρο στον πυρήνα των κυττάρων. Οι ιστόνες είναι πολύ παλιά πρωτεϊνικά μόρια των οποίων η γενετική σύνθεση και δομή παρέμειναν σχεδόν αμετάβλητα από τους ευκαρυωτικούς μονοκυτταρικούς οργανισμούς στον άνθρωπο.

Ανατομία & δομή

Όπως ήδη αναφέρθηκε, η χρωματίνη αποτελείται από DNA, ιστόνες και άλλες πρωτεΐνες. Ως μέρος αυτού του συμπλόκου, το μόριο DNA τυλίγεται γύρω από ένα πακέτο ιστόνης που αποτελείται από οκτώ ιστόνες. Οι ιστόνες είναι πρωτεΐνες που αποτελούνται από πολλά βασικά αμινοξέα.

Οι αμινομάδες δημιουργούν θετικό φορτίο, ενώ τα μόρια DNA έχουν αρνητικό εξωτερικό φορτίο. Αυτή είναι η βασική απαίτηση για το σχηματισμό ενός στερεού συμπλόκου από DNA και ιστόνες. Το λεγόμενο οκταμερές ιστόνης (8 ιστόνες) τυλίγεται περίπου 1,65 φορές από τον διπλό κλώνο του DNA. Το Da αντιστοιχεί σε μήκος αλυσίδας 146 ζευγών βάσεων. Ως αποτέλεσμα, το DNA μπορεί να συρρικνωθεί 10.000 έως 50.000 φορές. Αυτό είναι απαραίτητο ώστε να ταιριάζει στον πυρήνα των κυττάρων. Μια μονάδα τυλιγμένου οκταμερούς ιστόνης είναι επίσης γνωστή ως νουκλεοσώμα. Τα μεμονωμένα νουκλεοσώματα με τη σειρά τους συνδέονται μεταξύ τους μέσω ιστών σύνδεσης. Με αυτόν τον τρόπο σχηματίζεται μια αλυσίδα νουκλεοσωμάτων, η οποία ως ίνα 30 nm αντιπροσωπεύει μια ανώτερη οργανωτική μονάδα του DNA.

Ακόμη και εντός της σφιχτής συσκευασίας, το DNA μπορεί ακόμη να επιτευχθεί μέσω ρυθμιστικών μορίων πρωτεΐνης που επιτρέπουν την ανάγνωση και μεταφορά των γενετικών πληροφοριών σε πρωτεΐνες. Ωστόσο, πρέπει ακόμη να γίνει διάκριση μεταξύ ευχρωματίνης και ετεροχρωματίνης. Με την Euchromatin, το DNA είναι ενεργό. Εδώ βρίσκονται σχεδόν όλα τα ενεργά γονίδια που κωδικοποιούν και εκφράζουν πρωτεΐνες. Δεν υπάρχουν δομικές διαφορές στην περιοχή της ευχρωματίνης, ανεξάρτητα από την κατάσταση συμπύκνωσης του αντίστοιχου χρωμοσώματος. Η ετεροχρωματίνη περιέχει αδρανή ή λιγότερο δραστικά σύμπλοκα DNA-πρωτεΐνης.

Είναι υπεύθυνη για τις δομικές ιδιότητες της ολικής χρωματίνης. Η ετεροχρωματίνη, με τη σειρά της, μπορεί να χωριστεί σε δύο μορφές. Υπάρχει λοιπόν συστατική και προαιρετική ετεροχρωματίνη. Η συστατική ετεροχρωματίνη δεν εκφράζεται ποτέ. Έχει μόνο δομικές λειτουργίες. Η προαιρετική ετεροχρωματίνη μπορεί μερικές φορές να εκφραστεί. Στις διάφορες φάσεις της μίτωσης και της μείωσης, εμφανίζονται διαφορετικά επίπεδα χρωματίνης συσκευασίας. Η επονομαζόμενη ενδιάμεση χρωματίνη παρουσιάζει πολύ ισχυρή χαλάρωση σε σύγκριση με τη χρωματίνη μεταφάσης, καθώς οι περισσότερες πρωτεΐνες εκφράζονται σε αυτήν την κατάσταση.

Λειτουργία & εργασίες

Η λειτουργία της χρωματίνης είναι να προσαρμόζει τις γενετικές πληροφορίες στον πολύ μικρό χώρο του κυτταρικού πυρήνα. Αυτό είναι εφικτό μόνο μέσω του σχηματισμού ενός πολύ σφιχτά συμπλεγμένου DNA-πρωτεϊνικού συμπλόκου. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να υπάρχουν διαφορετικά επίπεδα συμπύκνωσης. Ενώ το συγκρότημα είναι πολύ σφιχτό σε μια ήσυχη και ανενεργή φάση, πρέπει να είναι πιο χαλαρό σε πιο ενεργές φάσεις. Αλλά ακόμη και εδώ το πακέτο είναι ακόμα πολύ σφιχτό.

Για να ενεργοποιηθεί η σύνθεση πρωτεϊνών, πρέπει να σπάσει ο ισχυρός δεσμός μεταξύ των αντίστοιχων τμημάτων DNA και της τυλιγμένης ιστόνης. Οι δεσμευμένες ιστόνες εμποδίζουν το DNA από την έκφραση πρωτεϊνών. Διαφορετικές καταστάσεις σύνδεσης μπορούν επίσης να δημιουργήσουν διαφορετικές δραστηριότητες των γονιδίων. Τα κύτταρα διαφοροποιούνται κατά τη διάρκεια των επιγενετικών διεργασιών. Οι γενετικές πληροφορίες του DNA είναι οι ίδιες στα διάφορα κύτταρα του σώματος, αλλά οι δραστηριότητες κατά τη διάρκεια της γονιδιακής έκφρασης είναι διαφορετικές, έτσι ώστε οι διαφορετικοί τύποι κυττάρων να αναλαμβάνουν επίσης διαφορετικά καθήκοντα.

Ασθένειες

Τα λάθη στη δομή της χρωματίνης μπορούν να οδηγήσουν σε σοβαρές ασθένειες. Αυτά τα σφάλματα μπορούν να οδηγήσουν σε μεταβολές στη γονιδιακή δραστηριότητα, οι οποίες διαταράσσουν την αρμονία στην αλληλεπίδραση των κυττάρων του σώματος. Αυτές είναι συχνά πολύ σπάνιες ασθένειες με πολύ παρόμοια συμπτώματα.

Οι πάσχοντες πάσχουν από σωματικές δυσπλασίες και ψυχικές αναπηρίες. Οι μηχανισμοί που προκαλούν αυτά τα συμπτώματα είναι ακόμη πολύ λίγοι γνωστοί. Ωστόσο, η έρευνα για αυτές τις σχέσεις είναι απαραίτητη για να μπορέσουμε να αντιμετωπίσουμε αυτές τις ασθένειες με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Δύο τυπικές ασθένειες που βασίζονται σε διαταραχές της χρωματίνης είναι το σύνδρομο Coffin-Siris και το σύνδρομο Nicolaides-Baraitser. Και οι δύο ασθένειες είναι γενετικές. Στο σύνδρομο Coffin-Siris, εμφανίζεται συγγενής υποπλασία των οστών των δακτύλων και των δακτύλων, βραχύ ανάστημα και διανοητική καθυστέρηση. Υπάρχουν διάφορες μεταλλάξεις που προκαλούν αυτήν την ασθένεια, οι οποίες είναι υπεύθυνες για ορισμένες υπομονάδες του συμπλόκου DNA-πρωτεΐνης.

Υπάρχουν τόσο αυτοσωματικά υπολειπόμενα όσο και αυτοσωματικά κυρίαρχα πρότυπα κληρονομιάς. Η θεραπεία είναι συμπτωματική και εξαρτάται από τα συγκεκριμένα συμπτώματα της νόσου. Το σύνδρομο Nicolaides-Baraitser έχει επίσης παρόμοια συμπτώματα. Εκτός από το μικρό ανάστημα και τη δυσπλασία των δακτύλων, εμφανίζονται επίσης σοβαρές νοητικές καθυστερήσεις και επιληπτικές κρίσεις. Η κληρονομικότητα είναι αυτοσωματική κυρίαρχη. Η κατάσταση είναι πολύ σπάνια, επηρεάζοντας ένα στα εκατομμύρια άτομα. Μια άλλη σπάνια κληρονομική κατάσταση που σχετίζεται με τη διαταραχή της χρωματίνης είναι το σύνδρομο Cornelia de Lange. Αυτό το σύνδρομο δείχνει επίσης πολλές φυσικές δυσπλασίες και διαταραχές της ψυχικής ανάπτυξης.