A sejtmag és sejtmagvacska felépítése. A kromatin szerveződése. A hisztonfehérjék PDF

Preview

Summary

A sejtmag és sejtmagvacska felépítése. A kromatin szerveződése. A hisztonfehérjék...

Description

12. A sejtmag és sejtmagvacska felépítése. A kromatin szerveződése. A hisztonfehérjék A sejtmag (nukleusz, karion) az eukarióta sejt életét irányító organellum: itt történik a genetikai információ tárolása és megkettőződése, átírása RNS- molekulákba, az RNS-ek érése és transzportja a citoplazmába. Transzmissziós elektronmikrószkópos felvételen jól ekülönült képletek figyelhetők meg a sejtmagban: a maghártya, a kromatinállomány és a nukleolusz; speciális technikával láthatóvá tehető a magmátrix. A sejtmagot két membránból álló maghártya választja el a citoszoltól. A külső membrán közvetlenül kapcsolatban van a DER-rel, citoszól felőli felszínéhez riboszómák kötődnek. A belső membrán egy vékony fehérjerétegen, a nukleáris laminán keresztül a kromatin széli rétegéhez kapcsolódik. A lamin fehérjék egyik típusa (lamin B) a hozzá kötődő lipidlánc segítségével a belső maghártyába van kihorgonyozva, míg a lamin A és C molekulák a kromatinnal létesítenek kapcsolatot. Ezek a fibrilláris fehérjék fonálszerűen felcsavarodva rosthálózatot hoznak létre, mely hozzájárul a sejtmag alakjának meghatározásához. A külső és belső hártya közötti üreg a perinukleáris tér. A membránokon keresztül folyó transzport korlátozott: kisméretű hidrofób anyagok juthatnak itt be a sejtmagba. A nukleocitoplazmatikus transzport döntő része a maghártya felszínén elhelyezkedő több ezer magpóruson keresztül történik. A pórusok mintegy 100 különböző nukleoporin fehérjéből álló, bonyolult szerkezetű képletek. Alapstruktúrájukat 8 nagyméretű fehérjekomplex alkotja, melyek a citoszól és a sejtmag felé néző oldalon is gyűrűszerű képződményt hoznak létre (citoplazmatikus és nukleáris gyűrű), a maghártya középső síkjában pedig „ küllőket” képeznek. A pórus közepén van egy központi komplex, amely csatornaként működik, melyen nyugalmi állapotban csak ionok és kis molekulák jutnak át, kitágulva viszont nagyobb partikulumok is. A gyűrűkhöz citoplazmatikus filamentumok, illetve nukleáris kosár formájában fehérjefonalak kapcsolódnak. A sejtmagban elszórva találunk egy vagy néhány nukleoluszt (magvacskát), szerkezete és tömege a sejt életciklusai során változik, osztódáskor eltűnik, anyaga szétoszlik, majd az osztódást követően újraképződik. A sejtmagvacska egy finoman szálas, egy szemcsés és egy halványan festődő szerkezeti elemeket magába foglaló összetevőkből áll. A finoman szálas vagy fibrilláris szerkezet az rRNS-molekuláknak felelnek meg, ezek itt képződnek nagy mennyiségben. A szemcsés vagy granuláris szerkezet a riboszóma-alegységeknek felel meg, míg a halványan festődő szerkezeti elemek a kromoszómáknak a sejtmagvacska kialakulásáért felelős DNS-szakaszok. A sejtmagvacska legfőbb funkciója a riboszómák termelése, valamint azok alegységeinek előállítása. Ezek aztán a citoplazmában alakulnak teljesértékű riboszómákká. A nukleoluszt a nukleoplazma nevű állomány vesz körül. A nukleoplazma folyékony, gélszerű állaggal rendelkezik (ilyen szempontból hasonlít a citoplazmára, melyben számos vegyület van oldott állapotban. Ezen anyagok közé soroljuk a nukleotid trifoszfátokat (például ATP), enzimeket, fehérjéket, transzkripciós faktorokat. A kromatin szerveződése Míg a prokarióta sejtek genomja szuperspiralizált, csupasz DNS, melyhez fehérjék csak korlátozott mennyiségben és időlegesen kapcsolódnak, az eukarióta genom bonyolult szerkezetű és összetételű nukleoprotein, a kromatin formájában

szerveződik a sejtmagban. Egy humán testi sejtben jelenlévő DNS hossza kiterített állapotban 2m lenne, ennek a DNS-nek azonban a sejtben néhány mikrométer átmérőjű sejtmagban kell elférnie. Ez az aránytalanság a sejttől két, egymással nagyon nehezen összeegyeztethető feladat megoldását követeli meg a DNS-t egyrészt rendkívüli mértékben tömöríteni kell, hogy elférjen a sejtmagban, másrészt viszont ebben a szorosan csomagolt állományban végre kell hajtani azokat a biokémiai folyamatokat (replikáció, transzkripció stb.), amelyek a sejt életben maradásához és szaporodásához szükségesek. A probléma megoldását a kromatinállomány többszintű organizációja jelenti: a funkcionálisan eltérő régiókra (eukromatin, illetve heterokromatin) a szerveződés eltérő típusai jellemzőek. A szerveződés legegyszerűbb formája a „gyöngyfüzér” szerkezet. Ezt a DNS-hez kapcsolódó 10nm átmérőjű partikulumok, nukleoszómák hozzák létre, amelyek 8 hiszton molekulából (oktamer) és a körülöttük 2 csavarulatot alkotó, 145 bázispár hosszú DNS-szakaszból állnak. A nukleoszómák egymástól egyenlő távolságra helyezkednek el, kb. 60 bázispár hosszú linker-DNS köti össze őket. Az oktamerben 4 hisztontípus (H2A,H2B, H3 és H4) 2-2 molekulája korongszerű képletet alkot, a nukleoszómából kilépő linker- DNS-ekhez pedig a H1 hiszont kötődik; a nukleoszóma és a H1 molekula együtt hozza létre a kromatoszómát. A H1 hiszton kapcsolódása a gyöngyfüzér felcsavarodásához vezet, tekercsszerű szolenoid fonal jön létre. Ennek átmérője mintegy 30nm, egy csavarulatát 6 nukleoszóma alkotja. A gyöngyfüzér-szolenoid átalakulás a kromatinfonal transzkripciós aktivitásának csökkenésével jár. A szolenoid fonal további felcsavarodása nagyméretű hurokdoméneket eredményez. A transzkirpciós egységek ezekben a hurkokban lokalizálódnak, az alapjuknál elhelyezkedő spacer régiók pedig strukturálisan nem hiszton fehérjékből álló köteghez, a kromoszómavázhoz kapcsolódnak. A kromatinállomány kémiai összetételére jellemző, hogy nagyjából egyenlő arányban tartalmaz DNS-t, hiszton és nem hiszton fehérjéket. A kisebb mennyiségben jelenlevő RNS-ek részben újonnan szintetizálódott transzkriptumok (pre-m RNS, pre- r RNS), másrészt érett, a citoplama felé tartó RNS-ek (m RNS, r RNS, t RNS stb.), illetve a sejtmag saját RNSei ( snRNS, snoRNS,). A kromatin anroganikus ionokat is tartalmaz ( Mg2+, Ca2+, Zn2+ stb.), amelyek a kromatin szerkezetének kialakításához szükségesek. Hisztonok és nem hiszton fehérjék A heterokromatin a kromatin olyan típusa, mely nem aktív. A DNS-t körülvevő hiszton fehérjék szoros kapcsolata miatt a polimeráz (DNS-ről RNS átírást végző) enzim nem fér hozzá a DNS-hez. Két fő típusa van, a konstitutív és a fakultatív heterokromatin. A konstitutív heterokromatin sohasem íródik át, mind funkciójában, mind formájában irreverzibilisen inaktívvá vált. Az emberi kromoszómák közül az 1-es, 9-es, 16-os és az Y kromoszóma tartalmaz ilyen régiókat. Az ilyen fajtájú inaktiválódásnak a génexpresszióban (gének mRNS-be történő átírásában) játszott szerepe fontos tényező a sejt differenciációjában. Ha a sejtet előkezeljük, eltüntetve a DNS 60%-át, és megfestjük Giemsa-festékkel, csak a konstitutív heterokromatin régiók festődnek meg, sötét sávokat eredményezve fénymikroszkóp alatt. Mivel ezen sávok leginkább a centromereknél (a kromoszómák közepénél) és az Y kromoszóma végénél jelentkeznek, C-sávoknak nevezték el őket.

A fakultatív heterokromatinnak megvan a képessége, hogy visszatérjen az eukromatikus állapotba, ezzel lehetővé téve génjeinek kifejeződését. A nőkben található inaktív X kromoszómájuk ilyen kromatinból áll. Valószínűleg ezen kromatin régiók metilációval és hiszton acetilációval tudnak ebben az állapotukban maradni, megakadályozva az enzimeket, hogy a DNS-hez férjenek. A Giemsa-festés fénymikroszkóp alatt, egy fluoreszcens eljárás (Quinacrin-festés) pedig fluoreszcens mikroszkópban egyaránt kimutatja a fakultatív heterokromatin régiókat. Ezeket nevezzük sötét Giemsa-sávoknak és erősebben fluoreszkáló Qsávoknak. Az eukromatin a kromatin egy típusa, mely gazdag génekben, legalábbis a heterokromatin régióhoz viszonyítva. Mivel a génjeit körülvevő hiszton fehérjék nem szorosan kötődnek a DNS-hez, ezért a génexpresszió (génkifejeződés) aktív, szinte folyamatosan íródnak át az mRNS-be (messenger RNS-be) a gének információi.Ha a kromoszómát megfestjük GC-gazdag régiókat kimutatni képes festékkel, akkor kapjuk meg az eukromatin rajzolatait, melyeket R-sávoknak is nevezünk....