Em formação

Transcrição quando os cromossomos são condensados


Os genes são transcritos tão bem quando os cromossomos são condensados?

Quero projetar uma tela que dependa de genes não transcritos quando os cromossomos são condensados ​​(para identificar células que não podem se condensar).


A compactação do DNA em cromatina é um processo muito complexo que envolve não apenas o DNA, mas também o código das histonas. Alguns podem dizer que o código da histona desempenha um papel mais importante no estado da cromatina. Para desenvolver uma tela, você teria que entender o ato de metilação, acetilação, ubiquitinação, e fosforilação de todos os resíduos de histona modificáveis. A modificação dos resíduos de histona determina se a cromatina está em um estado de heterocromatina ou eucromatina e até mesmo em quais seções de DNA são acessíveis e transcricionalmente ativas.

Também é importante notar que a mesma modificação de qualquer uma das 8 proteínas histonas em qualquer nucleossomo (a unidade fundamental da cromatina) pode não produzir o mesmo resultado.

Por exemplo: A metilação da histona H2 no primeiro nucleossomo de um "cordão" da cromatina pode causar silenciamento, enquanto a metilação da histona H2 mais abaixo no "cordão" da cromatina pode causar ativação.

São muitas informações, mas talvez um dia você será aquele que resolverá o padrão! Com certeza é fascinante.


Cromatina ativa e transcrição desempenham um papel fundamental na partição de cromossomos em domínios de associação topológica

Avanços recentes possibilitados pela técnica Hi-C desvendaram muitos princípios de dobramento cromossômico que foram subsequentemente ligados a doenças e regulação gênica. Em particular, Hi-C revelou que os cromossomos de animais são organizados em domínios de associação topológica (TADs), domínios de cromatina compacta conservados evolutivamente que influenciam a expressão gênica. Os mecanismos que fundamentam a partição do genoma em TADs permanecem mal compreendidos. Para explorar os princípios do dobramento de TAD em Drosophila melanogaster, realizamos Hi-C e poli (A) (+) RNA-seq em quatro linhas celulares de várias origens (S2, Kc167, DmBG3-c2 e OSC). Ao contrário dos estudos anteriores, descobrimos que as regiões entre os TADs (isto é, os limites inter-TADs e TAD) em Drosophila são apenas fracamente enriquecidas com a proteína isolante dCTCF, enquanto outra proteína isolante Su (Hw) está preferencialmente presente dentro dos TADs. No entanto, Drosophila inter-TADs abrigam cromatina ativa e genes transcritos constitutivamente (manutenção). Consequentemente, descobrimos que a ligação das proteínas isolantes dCTCF e Su (Hw) prediz limites TAD muito pior do que as marcas de cromatina ativa. Curiosamente, os inter-TADs correspondem a inter-bandas descompactadas de cromossomos politênicos, enquanto os TADs correspondem principalmente a bandas densamente compactadas. Coletivamente, nossos resultados sugerem que os TADs são domínios de cromatina condensados ​​depletados em marcas de cromatina ativa, separados por regiões de cromatina ativa. Propomos o mecanismo de automontagem de TAD com base na capacidade dos nucleossomos da cromatina inativa de se agregar e na falta dessa capacidade em arranjos nucleossômicos acetilados. Finalmente, testamos essa hipótese por simulações de polímero e descobrimos que a partição TAD pode ser explicada por diferentes modos de interações inter-nucleossômicas para cromatina ativa e inativa.

© 2016 Ulianov et al. Publicado pela Cold Spring Harbor Laboratory Press.

Bonecos

Posições genômicas de associação topológica ...

As posições genômicas de domínios de associação topológica (TADs) são amplamente conservadas entre Drosófila células ...

Partição de cromossomos em TADs ...

A partição de cromossomos em TADs e inter-TADs reflete as distribuições de ativos e reprimidos ...

Alto nível de transcrição e alto ...

O alto nível de transcrição e o alto teor de cromatina ativa interferem no empacotamento do DNA ...

Distribuição de genes de manutenção, intensidade ...

Distribuição de genes de manutenção, intensidade de transcrição e a presença de cromatina ativa, ...

Inter-TADs correspondem ao cromossomo politeno ...

Os inter-TADs correspondem a inter-bandas de cromossomos politênicos. ( UMA ) Nossa anotação de TADs ...


A Estrutura e Função da Cromatina

A cromatina é um complexo de macromoléculas compostas por DNA, RNA e proteína, que se encontra dentro do núcleo das células eucarióticas. A cromatina existe em duas formas: heterocromatina (condensada) e eucromatina (estendida). Os componentes primários da proteína da cromatina são histonas que ajudam a organizar o DNA em estruturas & # 8220 grânulos & # 8221 chamadas de nucleossomos, fornecendo uma base na qual o DNA pode ser envolvido. Um nucleossomo consiste em 147 pares de bases de DNA que está envolvido em um conjunto de 8 histonas chamado de octômero. O nucleossomo pode ser dobrado para produzir a fibra de cromatina. As fibras da cromatina são enroladas e condensadas para formar os cromossomos. A cromatina possibilita a ocorrência de vários processos celulares, incluindo replicação, transcrição, reparo de DNA, recombinação genética e divisão celular.

Cromatina, Cromossomos e Cromátides

As pessoas costumam confundir esses três termos: cromatina, cromossomo e cromátide. Embora todas essas três estruturas sejam compostas de DNA e proteínas dentro do núcleo, cada uma é definida de forma única.

Como mencionado acima, a cromatina é composta de DNA e histonas que são embalados em fibras finas e fibrosas. A cromatina sofre condensação adicional para formar o cromossomo. Portanto, a cromatina é uma ordem inferior de organização do DNA, enquanto os cromossomos são a ordem superior de organização do DNA.

Os cromossomos são agrupamentos de fita simples de cromatina condensada. Durante os processos de divisão celular da mitose e meiose, os cromossomos se replicam para garantir que cada nova célula filha receba o número correto de cromossomos. Um cromossomo duplicado é de fita dupla e tem a forma familiar de X. As duas fitas são idênticas e conectadas em uma região central chamada centrômero.

Uma cromátide é uma das duas fitas de um cromossomo replicado. As cromátides conectadas por um centrômero são chamadas de cromátides irmãs. No final da divisão celular, as cromátides irmãs se separam e se tornam cromossomos filhos nas células filhas recém-formadas.

A função da cromatina

Embalagem de DNA

Esta é a função mais fundamental da cromatina: compactação de longas fitas de DNA. O comprimento do DNA no núcleo é muito maior do que o tamanho do compartimento em que está armazenado. Para caber neste compartimento, o DNA deve ser condensado de alguma maneira. A proporção de empacotamento é usada para descrever o grau de condensação do DNA. Para atingir a proporção geral de empacotamento, o DNA não é empacotado diretamente na estrutura da cromatina. Em vez disso, ele contém várias hierarquias de organização.

O primeiro nível de empacotamento é alcançado pelo enrolamento do DNA em torno do nucleossomo, o que dá uma razão de empacotamento de cerca de 6. Essa estrutura é invariante tanto na eucromatina quanto na heterocromatina de todos os cromossomos. O segundo nível de empacotamento é o acondicionamento de contas em uma fibra de 30 nm que é encontrada tanto na cromatina em interfase quanto nos cromossomos mitóticos. Esta estrutura aumenta a proporção de empacotamento para cerca de 40. O empacotamento final ocorre quando a fibra é organizada em laços, andaimes e domínios que dão uma proporção final de empacotamento de cerca de 1.000 na cromatina interfase e cerca de 10.000 nos cromossomos mitóticos.

Regulamento de transcrição

A transcrição é um processo no qual a informação genética armazenada no DNA é lida por proteínas e então transcrita em RNA, que posteriormente será traduzido em proteínas funcionais. Se a cromatina se fortalece e restringe o acesso às proteínas lidas, não ocorre a transcrição. A eucromatina, um tipo estendido de cromatina, pode conduzir o processo de transcrição. Enquanto a heterocromatina, o tipo condensado da cromatina, é compactada de maneira muito compacta para que o DNA seja lido pelas proteínas.

As flutuações entre a cromatina aberta e fechada podem contribuir para a descontinuidade da transcrição ou estouro da transcrição. Outros fatores provavelmente podem estar envolvidos, como a associação e dissociação de complexos de fatores de transcrição com a cromatina. O fenômeno, ao contrário de modelos probabilísticos simples de transcrição, pode ser responsável pela alta variabilidade na expressão gênica que ocorre entre as células na população isogênica.

Cromatina e reparo de DNA

O empacotamento do DNA na cromatina apresenta uma barreira para todos os processos baseados no DNA. Devido ao arranjo altamente dinâmico de proteínas e DNA, a cromatina pode mudar prontamente sua forma e estrutura. O relaxamento da cromatina ocorre rapidamente no local de um dano ao DNA, o que permite que as proteínas de reparo se liguem ao DNA e o reparem.

1. Vem D E. A estrutura e função da cromatina [M]. Avanços na genética humana. Springer US, 1972: 237-431.

2. Widom J. Estrutura, dinâmica e função da cromatina in vitro [J]. Revisão anual da biofísica e estrutura biomolecular, 1998, 27(1): 285-327.

3. Mercer T R, Mattick J S. Estrutura e função de longos RNAs não codificantes na regulação epigenética [J]. Natureza estrutural e biologia molecular, 2013, 20(3): 300-307.


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Cromossomos

O material de arquivo genético é condensado em cromossomos. (Clique com o botão esquerdo para ampliar a imagem)

1. uma das duas cromátides irmãs
2. centrômero (região do cinetocoro)
3. curto p braço
4. braço q longo

Um cromossomo contém uma longa fita de ácido desoxirribonucleico contendo genes, sequências regulatórias e sequências não codificantes de nucleotídeos, em associação com proteínas. O complemento cromossômico completo de uma célula compreende o genoma, que é a informação hereditária completa de um organismo contido em macromoléculas de DNA arquivado.

Os múltiplos cromossomos nucleares de eucariotos existe como nucleossomos em que longas fitas helicoidais de DNA são envolvidas em proteínas estruturais chamadas histonas - este material composto é denominado cromatina (diagrama). Cada cromossomo eucariótico compreende um ou dois (irmãos) cromátides (1), cada um com um cinetocoro (2) para fixação a um microtúbulo do aparelho do fuso durante a divisão celular. As cromátides têm um braço longo (q) e um braço curto (p) ligado ao Centrômero (2) As cromátides irmãs se ligam umas às outras, ou ao aparato do fuso, por meio de proteínas especiais e sequências de bases de DNA na região do cinetocoro.

Os cromossomos (Gk. 'Corpos coloridos') são mais visíveis durante a metáfase (tem) e menos condensados ​​(dispersos) quando participam da expressão (tem, tem2), como ocorre em células com grandes núcleos indiferenciados (célula cancerosa tem colorida, microscopia de fluorescência de câncer, células-tronco, células imaturas com oncogene (pontos pretos)).

Procariontes a maioria possui um, às vezes dois * cromossomos denominados nucleoides (tem). Os procariotos carecem de um núcleo fechado por membrana e seu DNA está geralmente contido em estruturas circulares localizadas dentro do citosol, mas podem ser organizados como filamentos lineares que são tipicamente ligados à membrana plasmática. Plasmídeos são pequenos elementos genéticos circulares extracromossômicos que podem ser transmitidos de uma bactéria para outra através dos pili durante a conjugação. (mais)

Cromatina (DNA mais proteína histona) existe em duas formas básicas (tem):
1. Eucromatina, a partir do qual o DNA está sendo ativamente transcrito (expresso) em RNA para tradução final em moléculas de polipeptídeo e proteína.
2. Heterocromatina, que consiste em:
uma. Heterocromatina facultativa, que às vezes é expresso.
b. Heterocromatina constitutiva, que está localizado ao redor do centrômero e geralmente contém sequências repetitivas, e que nunca é expresso.

Nucleossomos compactar o DNA e torná-lo inacessível e, portanto, inativo porque os fatores de transcrição podem ligar-se ao DNA nu (eucromatina). Os nucleossomos são móveis, permitindo que a eucromatina (heterocromatina facultativa não enrolada) seja expressa (transcrita ativamente em RNA para tradução final em polipeptídeo e moléculas de proteína). A estrutura das proteínas histonas é altamente conservada. Cada célula humana contém cerca de 30 milhões de nucleossomos. Enquanto o código genético determina a produção de proteínas, um 'segundo código' pode determinar a localização estrutural dos nucleossomos. O novo código é descrito na edição de julho de 2006 da Nature por Eran Segal e colegas. "Os biólogos suspeitaram durante anos que algumas posições no DNA, especialmente aquelas onde ele se dobra com mais facilidade, podem ser mais favoráveis ​​para os nucleossomos do que outras, mas nenhum padrão geral era aparente. Os Drs. Segal e Widom analisaram a sequência em cerca de 200 locais no genoma da levedura onde os nucleossomos se ligam e descobriram que realmente existe um padrão oculto ... O padrão é uma combinação de sequências que tornam é mais fácil para o DNA se curvar e se enrolar firmemente em torno de um nucleossomo. Mas o padrão requer que apenas algumas das sequências estejam presentes em cada sítio de ligação do nucleossomo, então não é óbvio. " [NYT].

Abstract linked: Um código genômico para o posicionamento do nucleossomo.
Os genomas eucarióticos são empacotados em partículas de nucleossomo que impedem o DNA de interagir com a maioria das proteínas de ligação ao DNA. Os nucleossomos têm maior afinidade para determinadas sequências de DNA, refletindo a capacidade da sequência de se curvar acentuadamente, conforme exigido pela estrutura do nucleossomo. No entanto, não se sabe se essas preferências de sequência têm uma influência significativa na posição do nucleossomo in vivo e, assim, regulam o acesso de outras proteínas ao DNA. Aqui, isolamos sequências ligadas ao nucleossomo em alta resolução de levedura e usamos essas sequências em uma nova abordagem computacional para construir e validar experimentalmente um modelo de interação nucleossomo-DNA e para prever a organização de todo o genoma dos nucleossomos. Nossos resultados demonstram que os genomas codificam uma organização intrínseca do nucleossomo e que essa organização intrínseca pode explicar aproximadamente 50% das posições dos nucleossomos in vivo. Este código de posicionamento do nucleossomo pode facilitar funções cromossômicas específicas, incluindo a ligação do fator de transcrição, iniciação da transcrição e até mesmo a remodelação dos próprios nucleossomos.
Segal E, Fondufe-Mittendorf Y, Chen L, Thastrom A, Field Y, Moore IK, Wang JP, Widom J. Um código genômico para posicionamento de nucleossomo. Natureza. 19 de julho de 2006 [Epub ahead of print]
Mudando o cenário do DNA: colocando um SPN na cromatina. [Curr Top Microbiol Immunol. 2003] PMID: 12596908 Contatos específicos da sequência de histona-DNA local facilitam a ligação de nucleossomo não cooperativa de alta afinidade de ambos adf-1 e fator GAGA. [Nucleic Acids Res. 1998] PMID: 9826764 Novas regras de sequência de DNA para ligação de alta afinidade ao octâmero de histona e posicionamento de nucleossomo direcionado por sequência. [J Mol Biol. 1998] PMID: 9514715 O fator de choque térmico pode ativar a transcrição enquanto está ligado ao DNA nucleossômico em Saccharomyces cerevisiae. [Mol Cell Biol. 1994] PMID: 8264586 Empacotamento de nucleossomo e posicionamento de nucleossomo de DNA genômico. [Proc Natl Acad Sci U S A. 1997] PMID: 9037027 Consulte todos os artigos relacionados.

BIOLOGIA MOLECULAR: EMBALAGEM DE DNA DE CROMATINA E SILENCIAMENTO DE GENES: O nucleossomo é o elemento de repetição básico da cromatina e consiste em 147 pares de bases (pb) de DNA enrolado 1,7 vezes em torno de um octâmero de proteínas histonas (duas cópias de cada uma das histonas H2A centrais, H2B, H3 e H4). Os nucleossomos são conectados por cerca de 20 a 60 pb de DNA ligante para formar a matriz de "contas em um fio" de 10 nm. Isso pode ser ainda compactado em uma fibra de cromatina de "30 nm". Duas classes de modelo para a cromatina foram propostas: (a) a "hélice de início único" na qual os nucleossomos, conectados por DNA ligante dobrado, são dispostos linearmente em um hélice de ordem superior ou (b) a "hélice de duas partidas" na qual os nucleossomos, conectados por DNA de ligação direta, ziguezagueiam para frente e para trás entre duas pilhas helicoidais adjacentes. Para distinguir entre esses dois modelos concorrentes de dobramento da cromatina de ordem superior, Dorigo e co -trabalhadores empregaram um sistema in vitro totalmente definido para gerar matrizes nucleossômicas regulares. A análise do comprimento das pilhas de nucleossomos, agora conectadas apenas por ligações cruzadas internucleossômicas, revelou uma organização de duas partidas em vez de uma organização de uma só partida. Esta interpretação foi corroborada por microscopia eletrônica. Assim, as interações locais entre os nucleossomos podem levar à auto-organização em uma fibra de cromatina de ordem superior. Adaptado de: Adone Mohd-Sarip e C. Peter Verrijzer (Science 2004 306: 1484) PubMed Mohd-Sarip A, Verrijzer CP. Biologia molecular. Uma ordem superior de silêncio. Ciência. 26 de novembro de 2004 (5701): 1484-5. Comentário sobre: ​​Ciência. 26 de novembro de 2004 (5701): 1571-3. & Ciência. 26 de novembro de 2004 (5701): 1574-7.

Empacotamento de nucleossomos e posicionamento de nucleossomos de DNA genômico. Os objetivos deste estudo foram avaliar até que ponto as sequências de DNA genômico em massa contribuem para seu próprio empacotamento em nucleossomos e revelar a relação entre o empacotamento e o posicionamento de nucleossomos. Usando um ensaio de reconstituição de nucleossomo competitivo, descobrimos que pelo menos 95% das sequências de DNA em massa têm uma afinidade para o octâmero de histona em nucleossomos que é semelhante à do DNA sintetizado aleatoriamente, eles contribuem pouco para seu próprio empacotamento no nível de nucleossomos individuais. Foi desenvolvida uma equação que relaciona a energia livre medida à ocupação fracionária de posições específicas do nucleossomo. Evidentemente, a maior parte do DNA genômico eucariótico também não evoluiu ou está restrito para um posicionamento significativo de nucleossomos direcionados à sequência no nível de nucleossomos individuais. As implicações para a regulação gênica in vivo são discutidas. Lowary PT, Widom J. Nucleosome packaging and nucleosome position of genomic DNA. (Artigo de Texto Completo Livre) Proc Natl Acad Sci U S A. 1997 Feb 1894 (4): 1183-8.

* por exemplo, Vibrio cholerae e Deinococcus radiodurans


Discussão

Neste estudo, descobrimos que a condensina de levedura de fissão medeia as interações da cromatina de longo alcance e confina a mobilidade da cromatina na interfase, como faz na mitose [17]. Embora quantitativamente o efeito na interfase seja muito menos pronunciado, ele faz uma contribuição crucial para a estabilidade do genoma.

A condensina de levedura da fissão se move entre o citoplasma e o núcleo. Enquanto o equilíbrio é enviesado em direção ao citoplasma durante grande parte do ciclo celular, a condensina se acumula no núcleo após a fosforilação mitótica do Cdk de sua subunidade Cut3 na treonina 19 [9]. Pode ser, portanto, que a condensina de levedura de fissão retenha uma atividade bioquímica constante, exceto por sua localização subcelular regulada pelo ciclo celular. O aumento quantitativo nas interações da cromatina de longo alcance mediadas pela condensina na mitose seria, então, a mera consequência do aumento da concentração de condensina nuclear neste momento. Por outro lado, a fosforilação Cdk da condensina de vertebrado aumenta sua atividade de superenrolamento de DNA in vitro e é um pré-requisito para sua capacidade de formar cromossomos in vitro [53]. Na levedura de brotamento, o turnover dinâmico da condensina nos cromossomos é desacelerado após a fosforilação mitótica de Cdk [54]. Portanto, não podemos descartar a possibilidade de que a condensina de levedura de fissão também seja regulada pelo ciclo celular de maneiras adicionais à sua localização subcelular. Em ambos os casos, nossos resultados sugerem que os impactos da condensina na cromatina de uma maneira principalmente semelhante tanto na interfase quanto na mitose. Trabalhos futuros irão explorar mais como as modificações dependentes do ciclo celular regulam as atividades bioquímicas da condensina e o comportamento in vivo.

Dado que a condensina se envolve na interação da cromatina de longo alcance tanto na interfase quanto na mitose, foi uma surpresa observar que o volume do cromossomo na interfase diminui após o esgotamento da condensina. O oposto é encontrado na mitose quando os cromossomos aumentam de volume após a depleção de condensina [17, 28, 55]. Podemos imaginar dois cenários para explicar esse enigma. O primeiro está relacionado ao dano ao DNA resultante do esgotamento da condensina. O DNA danificado é organizado em clusters [56], e isso, por sua vez, pode compactar o DNA. Se pensarmos no volume do cromossomo do ponto de vista da física do polímero, o DNA danificado é dividido em segmentos menores e, novamente, estes podem ocupar um volume menor. Devemos ter em mente que a cromatina G2 existe ligada à sua cromátide irmã pela coesina, dando um polímero em forma de escada com um certo comprimento de persistência. Uma quebra de DNA poderia reduzir o comprimento de persistência, já que um elo longitudinal em um dos dois eixos é quebrado, permitindo que a cadeia resultante mais flexível adote uma estrutura mais compacta. Consistente com esta interpretação, a inibição da transcrição suprimiu o dano ao DNA, bem como a redução do volume do DNA após o esgotamento da condensina. Uma desvantagem desta explicação é que a compactação do volume após o esgotamento da condensina foi observada em todas as células, enquanto o dano ao DNA e a formação de focos Rad52 foram evidentes em apenas um subconjunto de células.

Podemos considerar uma possibilidade alternativa de como a condensina contribui para a homeostase do volume do cromossomo pelo loop do DNA. Foi observado que a condensina expulsa ativamente as alças de DNA sob certas condições in vitro [57]. Se um fenômeno semelhante ocorrer in vivo, a conversão de um polímero linear em loops curtos pode levar a um aumento de volume dependente de condensina. Se a condensina realmente expulsa autonomamente loops de DNA in vivo permanece incerto. A condensina poderia, alternativamente, formar laços por captura sequencial de DNA, que então se expandem enquanto a condensina se move ao longo de unidades de transcrição conduzidas por RNA polimerases como um motor extrínseco [20, 23, 58]. Independentemente do mecanismo subjacente para a formação do loop, a ausência de looping após a depleção de condensina pode resultar na contração observada do volume da interfase. Em concentrações maiores de condensina na mitose, o agrupamento do loop e talvez o aninhamento do loop levarão à compactação do cromossomo que a condensina é conhecida por atingir neste momento. Outras investigações sobre como a condensina gera loops, complementadas por abordagens computacionais e teóricas, serão necessárias para compreender o papel da condensina na organização da cromatina.

Nosso sistema experimental forneceu uma oportunidade única para determinar o impacto da depleção de condensina na interfase, evitando efeitos de confusão da progressão do ciclo celular com função de condensina comprometida. Isso revelou que a condensina é necessária para evitar a geração espontânea de focos de reparo de DNA Rad52 no núcleo interfásico. Consistente com o papel da condensina na proteção contra danos intrínsecos ao DNA, Arabidopsis mutantes de condensina II exibem uma assinatura DSB [59] e smc2 knockdown em células ES de camundongo induz focos de reparo de DNA γ-H2AX [60]. Além disso, o fermento de fissão cnd2-1 a mutação provoca um atraso na entrada mitótica dependente do ponto de verificação, mesmo na ausência de dano exógeno [10]. Mas qual pode ser a fonte do dano ao DNA? A observação de que o tratamento com tiolutina evita a formação de focos de dano sugere que é um processo acoplado à transcrição. O DNA de fita simples é exposto após a inativação da condensina de levedura da fissão [61], novamente dependente da transcrição ativa [23]. Juntamente com a observação de quebras de DNA de fita simples que ocorrem naturalmente em promotores de genes ativos e descompactação de promotor dependente da transcrição [62, 63], isso destaca o desafio para a estabilidade do genoma que surge do desenrolamento do DNA e da cepa topológica associada à transcrição do gene. Para entender como a condensina transmite seu efeito protetor, será importante mapear os locais de ligação preferencial da condensina no núcleo da interfase, bem como os locais dos sítios frágeis onde o DNA se quebra em sua ausência.


Transcrição quando os cromossomos estão condensados ​​- Biologia

Os biofísicos estão modelando conformações de cromossomos interfásicos, muitas vezes baseando as intensidades das interações entre segmentos distantes no mapa genético em frequências de contato determinadas experimentalmente. Aqui, em vez disso, desenvolvemos um modelo mínimo livre de ajuste: "fatores de transcrição" vermelhos e verdes bivalentes se ligam a sítios cognatos em séries de grânulos ("cromatina") para formar laços de estabilização de pontes moleculares. Na ausência de forças explícitas adicionais, as simulações de dinâmica molecular revelam que "fatores" ligados espontaneamente se agrupam - vermelho com vermelho, verde com verde, mas raramente vermelho com verde - para dar estruturas que lembram fábricas de transcrição. Ligação de apenas dois fatores de transcrição (ou proteínas) para regiões ativas e inativas de cromossomos humanos produz rosetas, domínios topológicos e mapas de contato muito semelhantes aos vistos experimentalmente. Essa "atração induzida por ponte" emergente prova ser uma força robusta, simples e genérica capaz de organizar a interfase cromossomos em todas as escalas.


Cromossomos e cariótipos

Os cromossomos são feitos de moléculas de DNA de fita dupla enroladas em histonas e condensadas na conhecida forma de X. Em funcionamento normal, esses cromossomos são descondensados ​​no núcleo e não são reconhecíveis.

Os rearranjos genômicos em grande escala resultam em anormalidades genéticas. Os biólogos utilizam uma técnica chamada de propagação de cromossomos seguido por um cariótipo ou cariograma . Para fazer um cromossomo se espalhar, bloqueia-se a progressão da mitose na metáfase, onde os cromossomos são condensados ​​nas estruturas que conhecemos. Uma análise de cariótipo é um arranjo da propagação de cromossomos em pares homólogos de cromossomos.

Cariótipo & # 8220espectral & # 8221 de um núcleo feminino. Cada par homólogo é & # 8220pintado & # 8221 para diferenciá-los.


Cromossomos e cariótipos

Os cromossomos são feitos de moléculas de DNA de fita dupla enroladas em histonas e condensadas na conhecida forma de X. Em funcionamento normal, esses cromossomos são descondensados ​​no núcleo e não são reconhecíveis.
Os cromossomos em interfase não são visíveis individualmente. Em preparação para a divisão nuclear (mitose ou meiose), eles começam a se organizar de forma mais compacta e condensar em preparação para o movimento dos núcleos filhos subsequentes. A animação abaixo ilustra o processo de empacotamento de histonas e a visualização molecular da replicação do DNA. Histones são proteínas que auxiliam no empacotamento dos cromossomos em espirais organizadas que dão origem aos cromossomos reconhecíveis durante a metáfase.

Os rearranjos genômicos em grande escala resultam em anormalidades genéticas. Os biólogos utilizam uma técnica chamada de propagação de cromossomos seguido por um cariótipo ou cariograma . Para fazer um cromossomo se espalhar, bloqueia-se a progressão da mitose na metáfase, onde os cromossomos são condensados ​​nas estruturas que conhecemos. Uma análise de cariótipo é um arranjo da propagação de cromossomos em pares homólogos de cromossomos.

Cariótipo & # 8220espectral & # 8221 de um núcleo feminino. Cada par homólogo é & # 8220pintado & # 8221 para diferenciá-los. Os eventos associados à separação inadequada de cromossomos durante a metáfase resultam em uma alteração do número de cromossomos na geração subsequente de células. Usando as contas-pop, podemos entender melhor como o tempo desses eventos levará a diferenças no cariótipo.


O que são cromossomos e territórios cromossômicos?

Enquanto os cromossomos metafásicos podem ser representados como corpos distintos com formas e tamanhos bem definidos, os cromossomos interfásicos são menos uniformes e, por preencherem o espaço nuclear, difíceis de distinguir. Apesar disso, pesquisas recentes revelaram como a arquitetura nuclear dita o arranjo dos cromossomos interfásicos e a organização territorial em células diferenciadas.

O dobramento do DNA em nucleossomos atinge o nível inicial de compactação de 6 vezes. Variantes de histonas presentes no núcleo do nucleossomo, modificações pós-tradução e posição H1 da histona do ligante podem controlar a acessibilidade do DNA para a transcrição neste nível de compactação. A condensação adicional da cromatina em fibras de 30 nm (isto é, ziguezague ou solenóide) é sugerida por dados in vitro e ainda está para ser provada ou desacreditada para existir in vivo. Durante a interfase, a cromatina é dobrada em domínios de 300-700 nm, que juntos constituem um território cromossômico. A estrutura e a organização das alças da cromatina dentro de um território cromossômico continuam sendo motivo de debates e foi proposto que existisse na forma de solenóide, ou ziguezague, ou nucleossomos, ou um híbrido deles.

Durante a interfase, cada cromossomo ocupa um domínio espacialmente limitado, aproximadamente elíptico, conhecido como território cromossômico (CT) [1] [2]. Cada território cromossômico é composto por unidades de cromatina de ordem superior de

1 Mb cada. Essas unidades provavelmente são construídas a partir de domínios de loop menores. Por outro lado, os domínios de 1Mb podem servir como unidades menores em estruturas de cromatina de ordem superior [1].

Territórios cromossômicos são conhecidos por serem dispostos radialmente ao redor do núcleo. Este arranjo é específico para células e tecidos e também é conservado evolutivamente [3].

Foi demonstrado que a organização radial dos territórios cromossômicos se correlaciona com a densidade e o tamanho de seus genes. Nesse caso, os cromossomos ricos em genes ocupam posições internas, enquanto os cromossomos maiores, pobres em genes, tendem a estar localizados na periferia [4] [5] [6]. Territórios cromossômicos também são estruturas dinâmicas, com genes capazes de se deslocar da periferia para o interior uma vez que tenham sido & lsquoswitched on & rsquo [7]. Em outros casos, os genes podem se mover na direção oposta ou simplesmente manter sua posição [8] [9]. O despejo de genes de seus territórios cromossômicos para o compartimento de intercromossomos ou para um território cromossômico vizinho é freqüentemente acompanhado pela formação de grandes laços de cromatina descondensados ​​[3].

Modelos que descrevem o arranjo do território dos cromossomos

Com o desenvolvimento de técnicas bioquímicas de alto rendimento, como 3C (& lsquochromosome conformation capture & rsquo) [10] e 4C (& lsquochromosome conformation capture-on-chip & rsquo [11] e & lsquocircular conformation capture & rsquo [12]), numerosas interações espaciais entre cromatina vizinha territórios foram descritos. Essas descrições foram suplementadas com a construção de mapas de proximidade espacial para todo o genoma (por exemplo, para uma linha de células linfoblastóides humanas [13]). Juntas, essas observações e simulações físicas levaram à proposição de vários modelos que visam definir a organização estrutural dos territórios cromossômicos [1]:

No modelo CT-IC, o espaço entre CTs discretos pode ser visualizado em microscópio de luz e eletrônico e é denominado compartimento de intercromicina (IC). As fábricas de transcrição (TF, cor verde) estão localizadas predominantemente na região da pericromatina. No modelo ICN, o compartimento da intercromatina não é aparente. Em vez disso, o espaço entre os TCs é ocupado por laços de cromatina descondensados ​​misturados, que geralmente compartilham as mesmas fábricas de transcrição.

1. O modelo do compartimento cromossômico-território-intercromatina (CT-IC) descreve dois compartimentos principais: territórios cromossômicos (CTs) e um compartimento intercromossômico (IC). Nesse modelo, os territórios cromossômicos constroem uma rede de cromatina interconectada [14] que está associada a um espaço 3D adjacente denominado compartimento de intercromina. O último pode ser observado usando microscopia óptica e eletrônica [15]

Dentro de um único território cromossômico, o cromossomo interfase é dividido em regiões definidas com base no nível de condensação cromossômica. Here, the inner part of the interphase chromosome is comprised of more condensed chromatin domains or higher-order chromatin fibers, while a thin (<200 nm) layer of more decondensed chromatin, known as the perichromatin region, can be found around the chromosomal periphery [16] . Functionally, the perichromatin region represents the major transcriptional compartment, and is also the region where most co-transcriptional RNA splicing takes place [17] [18] [19] . DNA replication [20] and DNA repair [21] is also predominately carried out within the perichromatin region. Finally, nascent RNA transcripts, referred to as perichromatin fibrils, are also generated in the perichromatin region. Perichromatin fibrils are then subjected to the splicing events by the factors, provided from the interchromatin compartment.

The lattice model, proposed by Dehgani et al. [22] is based on reports that transcription also occurs within the inner, more condensed chromosome territories and not only at the interface between the interchromatin compartment and the perichromatin region [23] [24] [25] [26] . Using ESI (electron spectroscopic imaging), Dehgani et al. showed that chromatin was organized as an array of deoxy-ribonucleoprotein fibers of 10&ndash30 nm in diameter. In this study, the interchromatin compartments, which are described in the CT-IC model as large channels between chromosome territories, were not apparent. Instead, chromatin fibers created a loose meshwork of chromatin throughout the nucleus that intermingled at the periphery of chromosome territories. Thus, inter- and intra-chromosomal spaces within this meshwork are essentially contiguous and together form the intra-nuclear space [22] .

2. The interchromatin network (ICN) model [27] predicts that intermingling chromatin fibers/loops can make both cis- (within the same chromosome) and trans- (between different chromosomes) contacts. This intermingling is uniform and makes distinction between the chromosome territory and interchromatin compartment functionally meaningless [1] . The advantage of the ICN model is that it permits high chromatin dynamics and diffusion-like movements. The authors propose that ongoing transcription influences the degree of intermingling between specific chromosomes by stabilizing associations between particular loci. Such interactions are likely to depend on the transcriptional activity of the loci, and are therefore cell-type specific.

The cell type-specific organization of chromosome territories has been studied by measuring the volume and frequency of intermingling between heterologous chromosomes. By using 3C (chromosome conformation capture) and FISH (fluorescence in situ hybridization) to map the regions of chromosome intermingling, it was revealed that these regions contain a higher density of active genes and are enriched with markers of transcriptional activation and repression, such as activated RNAPII. By comparing the positions of the CTs in undifferentiated mouse embryonic stem (ES) cells, ES cells in early stages of differentiation, and terminally differentiated NIH3T3 cells, it was shown that fully differentiated cells had a higher enrichment of RNAPII, compared to undifferentiated or less-differentiated cells. The findings support the notion that the intermingling regions have functional significance in the nucleus and provide a basis for understanding how the radial and relative positions of chromosomal territories evolve during the process of differentiation, explaining their organization in a cell type-dependent manner [28] .

3. The Fraser and Bickmore model [29] emphasizes the functional importance of giant chromatin loops, which originate from chromosome territories and expand across the nuclear space in order to share transcription factories. In this case, both cis- and trans- loops of decondensed chromatin can be co-expressed and co-regulated by the same transcription factory.

4. The Chromatin polymer models assume a broad range of chromatin loop sizes [30] and predict the observed distances between genomic loci and chromosome territories, as well as the probabilities of contacts being formed between given loci [31] . These models apply physics-based approaches that highlight the importance of entropy for understanding nuclear organization. By proposing the existence of conformational chromatin ensembles with structures based on three possible homopolymer states, these models also provide alternative structures to the traditional 30 nm chromatin fiber, which has been brought into question following recent studies [32] [33] [34] .

With a lack of experimental evidence to support these described models, it must be remembered that they serve only to hypothesize the structural and chemical properties of intermediate chromatin structures, and to highlight unanswered questions [1] . For example, the mechanisms that exist to control the rate and the extent of chromatin movement remain to be defined


Heterochromatin transcriptionally inactive

A chromosome is a condensed part of nucleoprotein complex generally seen during the M-phase of cell division meant for the distribution of genetic information
Whereas
Chromatin is an uncondensed part of nucleoprotein observed during interphase nucleus controlling metabolism and activities of the cell.

Heterochromatin and euchromatin are types of chromatin and polytene and lampbrush are special types of the chromosome called Giant chromosome

Nuclear chromatin Reported by – W.Flemming
Term chromosome is given by – Waldayer

Structure of nuclear chromatin

darkly stained network of long and fine threads called chromatin fibers chemically formed of DNA, RNA, and protein

Electronic microscopic studies show that chromatin fibre is formed of a chain of repeated units called nucleosomes

Função
Chromatin fibre contains DNA which acts as genetic material
Synthesis of structural and enzymatic protein

Types
During cell division at interphase chromatin differentiated into two parts

A) Heterochromatin
The thick (250 Å) and darkly stained region where DNA is condensed which is transcriptionally inactive this generally lies near nuclear lamina
Less affected by temperature, sex, or age

B) Eucromatina
True chromatin is thin about 30-80 Å less darkly stained and transcriptionally active and early replicating, high frequency of crossing over
More affected by temperature, sex, or age


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