Кіріспе

Хроматиннің тығыз және жоғары конденсацияланған түрі. Гетерохроматин – ДНК-ның немесе конденсацияланған ДНК-ның тығыз жиналған түрі, ол түрлі нұсқаларда кездеседі. Бұл нұсқалар конститутивті гетерохроматин мен факультативті гетерохроматин екі шектігі арасындағы үздіксіздікте орналасқан. Екеуі де гендердің экспрессиясына қатысады. Тығыз жиналғандықтан, бұрын полимеразаларға қол жетімді емес деп есептелгендіктен, транскрипцияланбайды; алайда, Volpe және авторлар (2002) мен содан бергі көптеген зерттемелерде осы ДНК-ның көп бөлігінің транскрипцияланатыны, бірақ РНК-мен шақырылған транскрипциялық үнсіздік (RITS) арқылы үнемі жаңаруы көрсетілді. Жақында жасалған электрондық микроскопия және OsO4 бояуымен жүргізілген зерттеулер тығыз жиналудың хроматинге байланысты еместігін анықтады. Конститутивті гетерохроматин өзіне жақын гендерге әсер етуі мүмкін (мысалы, позициялық эффект вариациясы). Ол әдетте қайталанатын және центромерлер немесе теломерлер сияқты құрылымдық функцияларды құрайды, сонымен қатар басқа ген экспрессиясы немесе репрессия сигналдары үшін тартымды орталық ретінде әрекет етеді. Факультативті гетерохроматин – гистон деацетилдеуі немесе РНК-мен өзара әрекеттесетін РНК (piRNA) сияқты механизм арқылы үнсіздікке түсетін гендердің нәтижесі. Ол қайталанбайды және конститутивті гетерохроматиннің тығыз құрылымын бөліседі. Дегенмен, белгілі бір даму немесе қоршаған орта сигналдарының ықпалымен ол конденсацияланған құрылымын жоғалтып, транскрипциялық белсенділікке ие болуы мүмкін. Гетерохроматин адам геномының белгілі бір бөліктерінде H3K9 ди- және триметилденуімен байланысты. H3K9me3-ке қатысты метилтрансферазалар органогенездің басталуы кезінде гетерохроматинді өзгертуде және оның тұрақтылығын сақтауда маңызды рөл атқарады.

Құрылымы

Хроматин екі түрінде кездеседі: эухроматин және гетерохроматин. Алғашқыда екі түр цитологиялық тұрғыдан олардың боялу қарқындылығымен ажыратылды – эухроматин аз қарқынды, ал гетерохроматин күшті боялады, бұл тығыз жиналуын көрсетеді. Гетерохроматин көбінесе ядроның шетінде орналасады. Осы ертегі жіктемеге қарамастан, жануарлар мен өсімдіктердегі соңғы зерттеулер гетерохроматиннің екінен астам ерекше күйлері бар екенін, тіпті төрт немесе бес "күйге" ие болуы мүмкін екенін көрсетті, олардың әрқайсысы эпигенетикалық белгілердің әртүрлі комбинацияларымен сипатталады. Гетерохроматин негізінен генетикалық белсенді емес спутниктік тізбектерден тұрады, көптеген гендер әртүрлі дәрежеде өршілдігінен айырылады, бірақ кейбіреулері эухроматинде мүлдем өршімейді. Центромерлер мен теломерлер де гетерохроматикалық, сондай-ақ әйелдегі екінші, инактивацияланған Х хромосомасының Барр денесі де гетерохроматин болып табылады.

Функция

Гетерохроматин бірнеше функциямен байланысты, гендік реттеуден бастап хромосомалық тұтастықты қорғауға дейін; осы рөлдердің кейбіреулерін ДНК-ның тығыз жиналуына байланыстыруға болады, бұл оны ДНК-ға немесе оған байланысты факторларға байланысатын ақуыз факторларына қолжетімділігін азайтады. Мысалы, екі тізбекті ДНК-ның ашық ұштары жасуша тарапынан зақымдалған немесе вирус ДНК ретінде қабылдалып, жасуша циклының тоқтатылуына, ДНК жөндеуіне немесе фрагменттің жойылғандығына, мысалы бактериялардағы эндонуклеазалар арқылы әкелуі мүмкін. Хроматиннің кейбір аймақтарында митоз кезіндегі хромосома сияқты тығыз жиналған талшықтар кездеседі. Гетерохроматин көбінесе клоналды түрде мұраға беріледі; жасуша бөлінген кезде екі туынды жасуша да әдетте ДНК-ның бірдей аймақтарында гетерохроматинге ие болады, нәтижесінде эпигенетикалық мұра пайда болады. Өзгерістер гетерохроматиннің жақын орналасқан гендерге енуіне немесе домендер шегіндегі гендерден ығысуына себеп болуы мүмкін. Транскрипцияланатын материал осы шекаралық домендерде (цис) орналасу арқылы өршуіне тосқауыл қойылуы мүмкін. Бұл жасушадан жасушаға өзгеретін экспрессия деңгейлеріне алып келеді, оны позициялық эффекттің өзгеруі арқылы көрсетуге болады. Изолятор тізбектері құраушы гетерохроматин мен өте белсенді гендер жақын орналасқан сирек жағдайларда (мысалы, тауықтың β-глобинінің локусының жоғары жағындағы 5'HS4 изоляторы және екі Saccharomyces spp. локустары) кедергі ретінде әрекет етеді.

Құрауыш гетерохроматин

Белгілі бір түрдің барлық жасушалары құраушы гетерохроматинде ДНҚ-ның бірдей аймақтарын жинақтайды, сондықтан барлық жасушаларда құраушы гетерохроматин ішінде орналасқан кез келген ген нашар экспрессияланады. Мысалы, барлық адам хромосомалары 1, 9, 16 және Y хромосомасы құраушы гетерохроматиннің ірі аймақтарын қамтиды. Көптеген организмдерде құраушы гетерохроматин хромосома центромерінің маңында және теломерлерге жақын орналасады.

Факультативті гетерохроматин

Факультативті гетерохроматинде жиналған ДНҚ аймақтары түр ішіндегі жасуша түрлері арасында тұрақты болмайды, сондықтан бір жасушада факультативті гетерохроматинде жиналған тізбек (және оның ішіндегі гендер нашар экспрессияланады) басқа жасушада эвхроматинде жиналуы мүмкін (және оның ішіндегі гендер енді үнсіздікке түспейді). Дегенмен, факультативті гетерохроматиннің қалыптасуы реттеледі және көбінесе морфогенез немесе дифференциациямен байланысты. Факультативті гетерохроматинге мысал – аналық сүтқоректілердегі Х хромосомасының белсенділігінен айырылуы: бір Х хромосомасы факультативті гетерохроматин ретінде жинақталып, өшіріледі, ал екінші Х хромосомасы эухроматин ретінде жинақталып, экспрессияланады. Гетерохроматиннің таралуын реттейтін молекулалық компоненттердің қатарында Поликомб тобының ақуыздары және Xist сияқты кодтамайтын гендер бар. Мұндай таралу механизмі әлі де даулы мәселе болып табылады. Поликомб репрессивтік PRC1 және PRC2 кешендері хроматиннің тығыздалуын және гендік экспрессияны реттейді, сондай-ақ даму процестерінде маңызды рөл атқарады. PRC-мен шақырылған эпигенетикалық бұрмалаулар геномдық тұрақсыздық пен қатерлі ісіктермен байланысты, ДНК зақымдануына жауап беруде, ДНК жөндеуде және репликацияның дұрыстығында рөл атқарады.

Ашытқы гетерохроматині

Saccharomyces cerevisiae немесе өркендеуші ашытқы – модельдік эукариот және оның гетерохроматині жан-жақты анықталған. Оның геномның көп бөлігі эухроматин ретінде сипатталғанымен, S. cerevisiae ДНК-ның өте нашар транскрипцияланатын аймақтары бар. Бұл локустар – тыныш жұптасу типі локустары (HML және HMR), rДНК (рибосомалық РНК-ны кодтайтын) және субтеломерлік аймақтар. Фиссиондық ашытқы (Schizosaccharomyces pombe) өз центромерлерінде гетерохроматин қалыптасуының өзгеше механизмін пайдаланады. Бұл орында геннің үндеуін тоқтату РНКi жолының құрауыштарына байланысты. Екі тізбекті РНК бірнеше қадам арқылы аймақтың үндеуін өшіруге себеп болады деп саналады. Schizosaccharomyces pombe фиссиондық ашытқысында екі РНК-интерференциялық кешен – RITS кешені және РНК-бағытталған РНК полимераза кешені (RDRC) гетерохроматин құрастыруды бастауға, таратуға және сақтауға қатысатын РНК-интерференциялық механизмнің бөлігі болып табылады. Бұл екі кешен гетерохроматин жиналатын орында хромосомаларға siRNA тәуелді түрде локалданады. РНК полимераза II транскрипт синтездейді, ол RITS, RDRC және мүмкін гетерохроматин құрастыру үшін қажетті басқа кешендерді тартуға арналған платформа ретінде қызмет етеді. РНКi және экзосомаға тәуелді РНК деградациясы процесі гетерохроматикалық генді үндеуді тоқтатуға үлес қосады. Schizosaccharomyces pombe-дің осы механизмдері басқа эукариоттарда да кездесуі мүмкін. RevCen деп аталатын үлкен РНК құрылымы кейбір фиссиондық ашытқыларда гетерохроматин қалыптасуын қамтамасыз ету үшін siRNA өндірісіне де қатысады.