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Cromatina che ricostruisce: Meccanismi ed importanza

La cromatina che ricostruisce è un meccanismo importante di regolamentazione dell'espressione genica eucariotica, che rende il DNA strettamente condensato accessibile ai vari fattori regolatori, quali i fattori di trascrizione e le componenti del replicazione del dna.

Che cosa è cromatina?

Nel nucleo delle cellule, la doppia elica del DNA è proteine nucleari strettamente avvolte chiamate istoni. Il complesso costituito dalle proteine e dal DNA è chiamato cromatina. Strettamente lo spostamento del DNA intorno agli istoni impedisce il suo accesso alle varie proteine regolarici cromosomiche, piombo a fare tacere del gene.

La cromatina ha due moduli: euchromatin, che più di meno è condensato e può partecipare alla trascrizione; ed eterocromatina, che altamente è condensata e non può essere trascritta. L'unità di base di cromatina è il nucleosome, che è composto di 147 coppie di basi di DNA ha avvolto 2 copie ciascuna di 4 proteine cioè H2A, H2B, H3 e H4 (octamer dell'istone dell'istone). Un piccolo segmento di DNA libero esiste fra due nucleosomes successivi, che danno al cromosoma un aspetto simile alle perle su una stringa.

Diagramma della cellula umana. Credito di immagine: Vecton/Shutterstock
Diagramma della cellula umana. Credito di immagine: Vecton/Shutterstock

Meccanismo di ricostruzione della cromatina

Il meccanismo di base di cromatina che ricostruisce dipende dai tre beni dinamici dei nucleosomes: ricostruzione, da modifica covalente indotta da enzima e riposizionare. Per quanto riguarda ricostruzione, i nucleosomes possono subire l'alterazione composizionale facendo uso degli istoni canonici o delle varianti speciali dell'istone. Tali cambiamenti in composizione sono mediati dai complessi di istone-scambio, quale il complesso SWR1, che sostituiscono gli istoni canonici con una variante dell'istone.

La variante formata di recente successivamente recluta i regolatori speciali (Reg) per regolamentare le varie funzioni biologiche, quali la costruzione del centromero o l'attivazione del gene. La modifica covalente degli istoni dall'acetiltransferasi, dal deacetylase e dal methyltransferase dell'istone come pure dai complessi Trifosfato di adenosina-dipendenti della proteina può anche piombo alla ricostruzione della cromatina.

Inoltre, i complessi dell'impresa di ristrutturazione possono mediare il riposizionamento dei nucleosomes. Tutti questi trattamenti infine piombo all'esposizione di DNA alle proteine regolarici della trascrizione ed all'attivazione successiva di DNA.

Parecchio la cromatina che ricostruisce i complessi esiste nel nucleo, che seguono i meccanismi differenti per ricostruire la cromatina. Le imprese di ristrutturazione possono mobilizzare e riposizionare i nucleosomes, espellere i octamers dell'istone ed eliminare o sostituire i dimeri di H2A-H2B.

Per eseguire queste funzioni, le imprese di ristrutturazione richiedono l'energia kcal circa 12-14 mol−1, che è ottenuta da idrolisi del trifosfato di adenosina. Contrariamente ai meccanismi Trifosfato di adenosina-dipendenti, la cromatina che ricostruisce può anche accadere in un modo dell'Trifosfato di adenosina-indipendente. Il riposizionamento di nucleosome come conseguenza dell'associazione di fattore-DNA della trascrizione o la rimozione chaperon-mediata istone degli istoni dalla cromatina è degli esempi dei meccanismi dell'Trifosfato di adenosina-indipendente.

La modifica dell'istone (con i trattamenti quali metilazione/demethylation, l'acetilazione/deacetylation, la fosforilazione, il ubiquitination) è un altro aspetto importante di ricostruzione della cromatina. Per essere specifica, la modifica dell'istone è legame covalente di vari gruppi funzionali al residuo della lisina nella coda del N-terminale dell'istone. Le modifiche dell'istone permettono l'associazione di vari fattori regolatori, che possiedono i domini specializzati per riconoscere gli istoni modificati.            

Importanza di ricostruzione della cromatina

Lo spostamento del DNA intorno agli istoni per formare la struttura della cromatina ha di due scopi principali: in primo luogo, la condensazione di grande (parecchi metri) filo del DNA accade in moda da poterla inserire correttamente nel nucleo; secondariamente, fermare DNA dalla trascrizione continuamente.

Per iniziare l'espressione genica, la cromatina deve essere non imballato ed il trattamento di non imballato è chiamato ricostruzione della cromatina. Di conseguenza, è ovvio che la cromatina che ricostruisce è un requisito assoluto di espressione genica; così un trattamento vitale di regolamentazione delle funzioni fisiologiche importanti e di mantenimento dell'omeostasi cellulare.

Gli studi scientifici hanno indicato che modifiche dell'istone (deacetylation e metilazione) con il gioco di metilazione del DNA un ruolo importante nella regolamentazione dei promotori dei geni in relazione con immune che sono vitali per prevenzione delle malattie. Egualmente è conosciuto che la cromatina che ricostruisce è vitale per stabilire duratura, memoria immune di transgenerational in impianti.

La cromatina che ricostruisce è un aspetto integrale dei cambiamenti epigenetici nell'organismo, che è il risultato delle modifiche ad espressione genica piuttosto che la modifica delle sequenze genetiche stesse. Il danno di cromatina che ricostruisce il macchinario causa una capitalizzazione delle anomalie epigenetiche, che successivamente provoca l'inizio e la progressione di cancro.

Le mutazioni in geni in questione in cromatina che ricostruisce sono state osservate frequentemente in molti tipi di cancri. Specialmente, le modifiche dell'istone di posttranslational compreso acetilazione e la metilazione che pregiudicano le sequenze del N-terminale degli istoni 3 e 4 possono essere ereditate. Tale trasmissione genetica è conosciuta per pregiudicare forte la struttura e l'espressione genica della cromatina.

La cromatina che ricostruisce ha un ruolo indispensabile nell'espressione genica cardiaca non solo nelle fasi inerenti allo sviluppo neonatali ma in tutto gli stati di malattia e di maturazione. Ciò infine piombo ai cambiamenti profondi nel paesaggio epigenetico dei cardiomyocytes.

I regolatori della cromatina sono stati suggeriti per sopprimere l'espressione genica fetale nei cuori degli infanti postnatali.  Gli studi su cromatina che ricostruisce i complessi, particolarmente famiglia di SWI/SNF, hanno identificato un ruolo unico di cromatina che ricostruisce nello sviluppo cardiaco del tessuto. Composto di 8 - 14 sottounità e derivato dal saccharomyces cerevisiae del lievito (lievito da birra), le imprese di ristrutturazione della cromatina dei SOLIDI NON GRASSO di SWI/sono implicate nella proliferazione, nella differenziazione e nel apoptosis delle linee cellulari derivate cardiache.

Inoltre, la cromatina che ricostruisce è conosciuta per svolgere un ruolo vitale nella proliferazione e nella differenziazione di regolamentazione delle cellule staminali embrionali del mouse, suggerenti la sua importanza nel auto-rinnovo della cellula staminale e la manutenzione del pluripotency.

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Last Updated: Sep 13, 2018

Dr. Sanchari Sinha Dutta

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Dr. Sanchari Sinha Dutta

Dr. Sanchari Sinha Dutta is a science communicator who believes in spreading the power of science in every corner of the world. She has a Bachelor of Science (B.Sc.) degree and a Master's of Science (M.Sc.) in biology and human physiology. Following her Master's degree, Sanchari went on to study a Ph.D. in human physiology. She has authored more than 10 original research articles, all of which have been published in world renowned international journals.

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