Kromatiin

Kromatiin on materjal, millest kromosoomid koosnevad. See on DNA ja ümbritsevate valkude kompleks, mis suudab geneetilise materjali kokku suruda. Kromatiini struktuuri häired võivad põhjustada tõsiseid haigusi.

Mis on kromatiin?

Kromatiin on segu DNA-st, histoonidest ja muudest DNA-ga seotud valkudest. Sellest moodustub DNA-valgu kompleks, mille peamised komponendid on siiski DNA ja histoonid. Nimi kromatiin tuleneb selle kompleksi värvuse muutumisest põhiliste tuumavärvidega. Kõik eukarüootid sisaldavad kromatiini.

Prokarüootides on DNA molekulid peamiselt vabad ja moodustavad tuumastruktuuri. Kõrgemates eukarüootsetes olendites on kromatiin kromosoomide alus. DNA-valgukompleks võib kokku suruda nii palju, et raku tuuma väikesesse ruumi saab talletada palju geneetilist teavet. Histoonid on väga vanad proteiinimolekulid, mille geneetiline koostis ja struktuur on eukarüootsetest üherakulistest organismidest inimesteni peaaegu muutumatud.

Anatoomia ja struktuur

Nagu juba mainitud, koosneb kromatiin DNA-st, histoonidest ja muudest valkudest. Selle kompleksi osana mähitakse DNA molekul ümber kaheksast histoonist koosneva histoonipaki. Histoonid on valgud, mis koosnevad paljudest aluselistest aminohapetest.

Aminorühmad tekitavad positiivse laengu, DNA molekulid aga negatiivse välislaengu. See on põhinõue tahke kompleksi moodustamiseks DNA-st ja histoonidest. Niinimetatud histooni oktaameer (8 histooni) mähitakse DNA topeltsidemega ümber 1,65 korda. Da vastab ahela pikkusele 146 aluspaari. Selle tagajärjel võib DNA kahaneda 10 000 kuni 50 000 korda. See on vajalik, nii et see sobib raku tuuma. Pakitud histooni oktameeri ühikut nimetatakse ka nukleosoomiks. Üksikud nukleosoomid on omakorda üksteisega ühendatud linkerhistoonide kaudu. Sel viisil moodustub nukleosoomide ahel, mis 30 nm kiudainena esindab DNA kõrgemat organisatsiooniüksust.

Isegi tihedas pakendis pääsevad DNA-d ikkagi regulatoorsed proteiinimolekulid, mis võimaldavad geneetilist teavet lugeda ja valkudesse üle kanda. Siiski tuleb siiski eristada eukromatiini ja heterokromatiini. Euchromatini korral on DNA aktiivne. Siin asuvad peaaegu kõik aktiivsed geenid, mis kodeerivad ja ekspresseerivad valke. Euchromatiini piirkonnas pole struktuurseid erinevusi, olenemata vastava kromosoomi kondenseerumisseisundist. Heterokromatiin sisaldab inaktiivseid või vähem aktiivseid DNA-valgu komplekse.

See vastutab kogu kromatiini struktuursete omaduste eest. Heterokromatiini saab omakorda jagada kahte vormi. Seega on olemas konstitutiivne ja fakultatiivne heterokromatiin. Konstitutiivset heterokromatiini ei ekspresseerita kunagi. Sellel on ainult struktuurifunktsioonid. Valikulist heterokromatiini saab mõnikord ekspresseerida. Mitoosi ja meioosi erinevates faasides ilmnevad kromatiini erinevad pakkimistasemed. Nn faasidevaheline kromatiin näitab metafaaskromatiiniga võrreldes väga tugevat lõdvenemist, kuna enamik valke ekspresseeritakse selles olekus.

Funktsioon ja ülesanded

Kromatiini ülesanne on kohandada geneetilist teavet rakutuuma väga väikesesse ruumi. See on võimalik ainult väga tihedalt pakitud DNA-valgu kompleksi moodustamise kaudu. Siiski on vajalik, et kondenseerumise tase oleks erinev. Ehkki kompleks on vaikses ja passiivses faasis väga tihedalt pakitud, peab see aktiivsemates faasides olema rahulikum. Kuid isegi siin on pakk endiselt väga tihe.

Valgu sünteesi aktiveerimiseks tuleb vastavate DNA segmentide ja mähitud histooni vahel tugev side katkeda. Seotud histoonid blokeerivad DNA-d valkude ekspresseerimisel. Erinevad seondumisseisundid võivad genereerida ka geenide erinevaid aktiivsusi. Rakud diferentseeruvad epigeneetiliste protsesside käigus. DNA geneetiline teave on erinevates keharakkudes ühesugune, kuid tegevused geeniekspressiooni ajal on erinevad, nii et ka erinevad rakutüübid võtavad erinevaid ülesandeid.

Haigused

Kromatiini struktuuri vead võivad põhjustada tõsiseid haigusi. Need vead võivad põhjustada muutusi geenitegevuses, mis häirivad keha rakkude koostoimimise harmooniat. Need on sageli väga haruldased haigused, millel on väga sarnased sümptomid.

Mõjutatud inimesed kannatavad füüsiliste väärarengute ja vaimsete puuete all. Neid sümptomeid põhjustavaid mehhanisme on endiselt liiga vähe teada. Neid suhteid on siiski vaja uurida, et neid haigusi parimal võimalikul viisil ravida. Kaks tüüpilist kromatiini häiretel põhinevat haigust on Coffin-Sirise sündroom ja Nicolaides-Baraitseri sündroom. Mõlemad haigused on geneetilised. Coffin-Sirise sündroomi korral esinevad sõrme ja varba luude kaasasündinud hüpoplaasia, lühike kehaehitus ja vaimne alaareng. Seda haigust vallandavad mitmesugused mutatsioonid, mis vastutavad DNA-valgu kompleksi teatud alaühikute eest.

On olemas nii autosomaalselt retsessiivseid kui ka autosoomseid domineerivaid pärimisharjumusi. Ravi on sümptomaatiline ja sõltub haiguse spetsiifilistest sümptomitest. Nicolaides-Baraitseri sündroomil on ka sarnased sümptomid. Lisaks lühikesele kehaehitusele ja sõrmede väärarengutele esinevad siin ka tugev vaimne alaareng ja krambid. Pärimine on autosoomselt domineeriv. Haigus on väga haruldane ja see mõjutab ühte miljonit inimest. Teine harv pärilik seisund, mis on seotud kromatiini häirega, on Cornelia de Lange sündroom. See sündroom näitab ka paljusid füüsilisi väärarenguid ja vaimse arengu häireid.