DNA w jądrze komórkowym jest upakowane razem z białkami w skomplikowany kompleks zwany chromatynąchromatynachromatyną. Jej podstawową jednostkę stanowi nukleosomnukleosomnukleosom, zawierający nić DNA nawiniętą niespełna dwa razy wokół białkowego rdzenia składającego się z czterech rodzajów histonówhistonhistonów. W skład kompleksu białkowego wchodzą po dwa histony H2A, H2B, H3 i H4. Końce aminowe histonów tworzą ogon odstający na zewnątrz nukleosomu, który jest zaangażowany w regulację ekspresji genów.

Regulacja ekspresji genów zachodzi poprzez dodanie lub usunięcie określonych grup chemicznych, np. acetylowejgrupa acetylowaacetylowej czy metylowejgrupa metylowametylowej, a przez to wpływa na organizację strukturalną chromatyny. Występowanie chromatyny w postaci rozluźnionej euchromatynyeuchromatynaeuchromatyny sprzyja transkrypcji, natomiast przyjęcie postaci skondensowanej heterochromatynyheterochromatynaheterochromatyny ogranicza ten proces. Im bardziej chromatyna jest upakowana, tym trudniej jest polimerazie RNApolimeraza RNApolimerazie RNA przyłączyć się do niej i rozpocząć transkrypcję określonego genu.

W komórkach eukariotycznych regulacja ekspresji genów dotyczy każdego genu z osobna. Jej kluczowymi elementami są odwracalne modyfikacje histonów: acetylacja i metylacja.

Acetylacja i deacetylacja histonów

Podczas acetylacji grupa acetylowa jest przenoszona z acetylokoenzymu Aacetylokoenzym Aacetylokoenzymu A na resztę lizyny wchodzącej w skład ogona histonu. Deacetylacja natomiast jest reakcją odwrotną, a oba procesy są katalizowane przez dwa odpowiednie enzymy. Acetylacja histonów powoduje rozluźnienie chromatyny, a deacetylacja – jej kondensację.

Metylacja histonów

Aminokwasy wchodzące w skład ogonów histonów ulegają również metylacji (przyłączaniu grup metylowych), która może zarówno aktywować transkrypcję, jak i ją blokować. To, jaki wpływ ten proces będzie miał na ekspresję genu zależy od rodzaju oraz poziomu metylacji poszczególnych aminokwasów. Najczęściej zwiększony poziom metylacji histonów związany jest z kondensacją chromatyny, a zatem ograniczeniem transkrypcji w danym rejonie DNA.

Inne modyfikacje histonów

Histony mogą również podlegać innym modyfikacjom wpływającym na strukturę chromatyny, m.in. fosforylacji (przyłączeniu reszty fosforanowej), ubikwitynacji (przyłączeniu ubikwityny, białka o niewielkiej masie cząsteczkowej) czy formylacji (przyłączeniu grupy formylowej).

Więcej o acetylokoenzymie A w e‑materiale: Acetylo‑CoA – budowa i znaczenie w procesach anabolicznych i katabolicznychPmHlMqJNdAcetylo‑CoA – budowa i znaczenie w procesach anabolicznych i katabolicznych.

Więcej o modyfikacjach potranslacyjnych białek w e‑materiale: Modyfikacje potranslacyjne białekPOwlZIIHIModyfikacje potranslacyjne białek.

Metylacja DNA jest procesem polegającym na dołączaniu grup metylowych do cytozyny lub adeniny określonych nukleotydów. Proces ten wpływa na regulację ekspresji informacji genetycznej poprzez blokowanie dostępu polimerazie RNA do sekwencji promotorowych poszczególnych genów. Metylacja DNA jest kluczowa dla prawidłowego rozwoju, m.in. przez regulowanie dezaktywacji jednego z chromosomów X, starzenia się czy też nowotworzenia.

Modyfikacje DNA, jak i białek histonowych, są odwracalne i zależą od potrzeb danej komórki w danym czasie, przy czym niektóre fragmenty DNA są nieaktywne przez całe jej życie.

Słownik