Heterochromatin - oblasti chromatinu , které jsou v průběhu buněčného cyklu v kondenzovaném (kompaktním) stavu. Charakteristickým rysem heterochromatické DNA je extrémně nízká transkribovatelnost .
V roce 1907 německý cytolog S. Gutherz ( S. Gutherz ) zjistil, že některé fragmenty chromozomů nebo celé chromozomy během buněčného dělení jsou intenzivně zbarveny a vypadají více zhuštěně ve srovnání se slabě obarvenými oblastmi. Tento jev se nazýval heteropyknóza, ale tento termín se později neujal [1] . V jádrech buněk v interfázi byly nalezeny oblasti, které byly intenzivně obarveny barvivy, která se vážou na chromatin, takové oblasti se nazývaly chromocentra. S. Guthertz ukázal, že heteropyknotické segmenty chromozomů jsou patrné na začátku profáze, tedy na začátku kondenzace chromozomů, lišících se od „normálních“ úseků intenzivnější barvou; rozdíly v intenzitě barvy se s kondenzací snižují a na konci metafáze se stávají téměř nerozeznatelné.
Jiný německý cytolog Emil Heitz , který analyzoval poměr počtu chromocenter a heteropyknotických oblastí chromozomů pozorovaných během mitózy v buňkách mechu, dospěl k závěru, že chromocentra nalezená v interfázi jsou spojena se silně kondenzovanými a intenzivně zbarvenými heteropyknotickými oblastmi chromozomy pozorované během mitotického cyklu, tj. chromocentra a heteropyknotické oblasti jsou stejné oblasti chromozomů, které nepodléhají dekondenzaci v telofázi.
V roce 1928 Heitz navrhl termíny „ euchromatin “ pro oblasti chromozomů, které procházejí procesem kompaktizace-dekompaktizace během mitózy a „heterochromatin“ pro oblasti, které zůstávají trvale kondenzované. Heitz věřil, že heterochromatinové oblasti chromozomů jsou geneticky inertní [1] .
Hlavním funkčním rozdílem mezi fakultativním heterochromatinem a konstitutivním heterochromatinem je možnost přechodu do euchromatického stavu, ve kterém se DNA stává transkripčně aktivní a v souladu s tím dochází k expresi genů lokalizovaných v této oblasti chromozomu.
Fakultativně heterochromatin obsahuje kódující a tedy relativně konzervovanou DNA; DNA konstitutivního heterochromatinu je převážně nekódující, a proto vysoce polymorfní a variabilní.
V časných stádiích ontogeneze je v mnoha případech obsah heterochromatinu v metafázových chromozomech výrazně nižší než v pozdějších stádiích a v buňkách dospělého organismu - metafázové chromozomy blastomer mnoha obratlovců jsou silně dekompaktovány a heterochromatinové formace nejsou nalezeny v interfázových jádrech.
Fakultativní a konstitutivní heterochromatiny jsou také detekovány rozdílem v barvení: pokud je fakultativní heterochromatin podroben barvení Romanovsky-Giemsa G za standardních podmínek, pak barvení stejným barvivem po denaturaci DNA -renaturaci selektivně obarví konstitutivní heterochromatin. Tato selektivní metoda se nazývá barvení pro konstitutivní (C) heterochromatin nebo C-barvení .
Obvykle jsou fakultativní heterochromatické oblasti přítomny pouze v jednom z homologních chromozomů. Typickým příkladem fakultativního heterochromatinu je neaktivní pohlavní chromozom v homogametickém karyotypu , jako je neaktivní chromozom X u savců, který se deaktivuje do kondenzovaného heterochromatického stavu; takový heterochromatický X -chromozom je pozorován v interfázi jako Barrovo tělísko . Současně během gametogeneze a v raných fázích embryogeneze jsou oba chromozomy X euchromatické a transkripčně aktivní.
Dalším příkladem vzniku fakultativního heterochromatinu je pachytenové stadium meiotického dělení heterogametického gametocytu, které je u savců během spermatogeneze doprovázeno tvorbou heterochromatinového komplexu XY chromozomů – genitálního váčku. Tvorba takového heterochromatického komplexu je dočasná a reverzibilní, nezbytná pro deaktivaci pohlavních chromozomů v této fázi meiózy : v případě, že chromozomy X a Y zůstávají v této fázi aktivní, existuje nerovnováha mezi expresními produkty autozomy a pohlavní chromozomy, což vede ke smrti buněk.
Fakultativní heterochromatin také způsobuje „umlčení“ tkáňově specifických genů, které přecházejí do euchromatického stavu a jsou exprimovány pouze v diferencovaných buňkách určitých tkání: ~ 10 % genů je aktivních v takových buňkách – zbývající geny jsou inaktivovány a jsou součástí fakultativní heterochromatin.
Konstitutivní (strukturní) heterochromatin je obsažen v obou homologních chromozomech a je lokalizován především v exponovaných oblastech - centromera , telomery , nukleolární organizátor . DNA konstitutivního heterochromatinu je převážně satelitní DNA , sestávající z tandemových repetic (např. HS1 (Human Satellite 1), HS2, HS3, alfa satelit a další lidské satelity). V interfázovém jádře tvoří konstitutivní heterochromatin chromocentra na vnitřní straně jaderné membrány a také v oblastech nukleolárních organizátorů. Otázka funkční role strukturního heterochromatinu v eukaryotické buňce zůstává otevřená.
Chromatin je nukleoprotein – komplex DNA s histony . Kondenzaci chromatinu na heterochromatin provází jak modifikace histonů , tak komplikace složení nukleoproteinového komplexu v důsledku účasti heterochromatinových proteinů HP1 (Heterochromatin Protein 1).
Histony heterochromatinového komplexu se vyznačují nízkým stupněm acetylace pro lysinové zbytky, což zvyšuje jejich bazické vlastnosti a tím pádem i jejich vazbu na kyselé fosfátové skupiny DNA, což přispívá ke zhutnění komplexu. Dalším znakem vedoucím ke vzniku heterochromatinu je methylace histonu H3 lysinu 27 Polycombovým komplexem 2 (PRC2) a histonu H3 lysinu 9 histon methyltransferázou Suv39h. Methylace 9. lysinového zbytku histonu H3 vede k vytvoření vysoce afinitního vazebného místa pro histon H3 a heterochromatinový protein HP1. U Drosophila je methyltransferáza Suv39h funkčně spojena s histondeacetylázou takovým způsobem, že acetylovaný a methylovaný stav 9. lysinového zbytku histonu H3 se vzájemně vylučují, to znamená, že je zajištěn jediný mechanismus deacetylace a methylace histonu H3, což vede ke zvýšené vazbě na histon jak DNA, tak heterochromatinového proteinu HP1.
| Chromozomy | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hlavní | |||||||||||
| Klasifikace | |||||||||||
| Struktura |
| ||||||||||
| Restrukturalizace a porušení | |||||||||||
| Určení chromozomálního pohlaví | |||||||||||
| Metody | |||||||||||