Chromatin

Chromatin is het materiaal waaruit de chromosomen zijn samengesteld. Het is een complex van DNA en omliggende eiwitten dat het genetisch materiaal kan comprimeren. Stoornissen in de chromatinestructuur kunnen tot ernstige ziekten leiden.

Wat is chromatine?

Chromatine is een mengsel van DNA, histonen en andere eiwitten die aan DNA zijn gebonden. Hieruit wordt een DNA-eiwitcomplex gevormd, waarvan de belangrijkste componenten echter DNA en histonen zijn. De naam chromatine is het gevolg van de verkleuring van dit complex met basische nucleaire kleurstoffen. Alle eukaryoten bevatten chromatine.

Bij prokaryoten zijn de DNA-moleculen voornamelijk vrij en vormen ze een ringstructuur. In de hogere eukaryote wezens is chromatine de basis van de chromosomen. Het DNA-eiwitcomplex kan zoveel comprimeren dat veel genetische informatie kan worden opgeslagen in een kleine ruimte in de celkern. Histonen zijn zeer oude eiwitmoleculen waarvan de genetische samenstelling en structuur vrijwel onveranderd zijn gebleven van eukaryote eencellige organismen op mensen.

Anatomie en structuur

Zoals eerder vermeld, is chromatine samengesteld uit DNA, histonen en andere eiwitten. Als onderdeel van dit complex is het DNA-molecuul gewikkeld rond een histonpakket dat uit acht histonen bestaat. Histonen zijn eiwitten die uit veel basische aminozuren bestaan.

De aminogroepen genereren een positieve lading, terwijl de DNA-moleculen een negatieve externe lading hebben. Dit is de basisvereiste voor de vorming van een vast complex uit DNA en histonen. De zogenaamde histon-octameer (8 histonen) is ongeveer 1,65 keer gewikkeld door de dubbele DNA-streng. Da komt overeen met een kettinglengte van 146 basenparen. Hierdoor kan het DNA 10.000 tot 50.000 keer worden gekrompen. Dit is nodig zodat het in de celkern past. Een eenheid van een omwikkelde histon-octameer staat ook bekend als een nucleosoom. De individuele nucleosomen zijn op hun beurt met elkaar verbonden via linkerhistonen. Op deze manier wordt een ketting van nucleosomen gevormd, die als een vezel van 30 nm een ​​hogere organisatorische eenheid van het DNA vertegenwoordigen.

Zelfs binnen de strakke verpakking kan het DNA nog steeds worden bereikt door regulerende eiwitmoleculen waarmee de genetische informatie kan worden gelezen en overgedragen aan eiwitten. Er moet echter nog een onderscheid worden gemaakt tussen euchromatine en heterochromatine. Bij Euchromatin is het DNA actief. Bijna alle actieve genen die coderen voor eiwitten en deze tot expressie brengen, bevinden zich hier. Er zijn geen structurele verschillen in het gebied van de euchromatine, ongeacht de condensatietoestand van het respectievelijke chromosoom. Heterochromatine bevat inactieve of minder actieve DNA-eiwitcomplexen.

Het is verantwoordelijk voor de structurele eigenschappen van het totale chromatine. Heterochromatine kan op zijn beurt in twee vormen worden verdeeld. Er is dus constitutief en facultatief heterochromatine. Constitutief heterochromatine wordt nooit uitgedrukt. Het heeft alleen structurele functies. Het optionele heterochromatine kan soms worden uitgedrukt. In de verschillende fasen van mitose en meiose komen verschillende verpakkingsniveaus van chromatine naar voren. Het zogenaamde interfase-chromatine vertoont een zeer sterke lossing vergeleken met het metafase-chromatine, aangezien de meeste eiwitten in deze toestand tot expressie worden gebracht.

Functie en taken

De functie van chromatine is om de genetische informatie op te nemen in de zeer kleine ruimte van de celkern. Dit is alleen mogelijk door de vorming van een zeer dicht opeengepakt DNA-eiwitcomplex. Het is echter noodzakelijk dat er verschillende condensatieniveaus zijn. Hoewel het complex in een rustige en inactieve fase erg dicht opeengepakt is, moet het in meer actieve fasen meer ontspannen zijn. Maar zelfs hier is het peloton nog steeds erg krap.

Om de eiwitsynthese te activeren, moet de sterke binding tussen de overeenkomstige DNA-segmenten en de ingepakte histon worden verbroken. De gebonden histonen verhinderen dat het DNA eiwitten tot expressie brengt. Verschillende bindingstoestanden kunnen ook verschillende activiteiten van de genen genereren. De cellen differentiëren tijdens epigenetische processen. De genetische informatie van het DNA is in de verschillende lichaamscellen gelijk, maar de activiteiten tijdens genexpressie zijn verschillend, waardoor de verschillende celtypen ook verschillende taken op zich nemen.

Ziekten

Fouten in de structuur van chromatine kunnen tot ernstige ziekten leiden. Deze fouten kunnen resulteren in verschuivingen in de genactiviteit, die de harmonie in de interactie van de lichaamscellen verstoren. Dit zijn vaak zeer zeldzame ziekten met zeer vergelijkbare symptomen.

De getroffen mensen lijden aan fysieke misvormingen en mentale handicaps. De mechanismen die deze symptomen veroorzaken, zijn nog te weinig bekend. Onderzoek naar deze relaties is echter nodig om deze ziekten zo goed mogelijk te kunnen behandelen. Twee typische ziekten die zijn gebaseerd op chromatine-aandoeningen zijn het Coffin-Siris-syndroom en het Nicolaides-Baraitser-syndroom. Beide ziekten zijn genetisch bepaald. Bij het Coffin-Siris-syndroom treden congenitale hypoplasie van de vinger- en teenbeenderen, een kleine gestalte en mentale retardatie op. Er zijn verschillende mutaties die deze ziekte veroorzaken, die verantwoordelijk zijn voor bepaalde subeenheden van het DNA-eiwitcomplex.

Er zijn zowel autosomaal recessieve als autosomaal dominante overervingspatronen. De behandeling is symptomatisch en hangt af van de specifieke symptomen van de ziekte. Het Nicolaides-Baraitser-syndroom heeft ook vergelijkbare symptomen. Naast een kleine gestalte en misvorming van de vingers komen hier ook ernstige mentale retardatie en toevallen voor. Overerving is autosomaal dominant. De aandoening is zeer zeldzaam en treft één op de miljoen mensen. Een andere zeldzame erfelijke aandoening die verband houdt met een chromatine-aandoening is het Cornelia de Lange-syndroom. Dit syndroom vertoont ook veel lichamelijke misvormingen en mentale ontwikkelingsstoornissen.