Darvas Zsuzsa, László Valéria

Sejtbiológia

Az eukarióta DNS szerveződésének alapegysége: a nukleoszóma

A kromatinállomány a DNS és a hozzá kapcsolódó fehérje komplexeknek már egy magasabb fokon rendeződött és szerveződött formája. Megtalálhatók benne mindazok a fehérjék, amelyek a DNS szerkezetét stabilizálják, vagy éppen megváltoztatják, és amelyek a működését szabályozzák. A sejtmagban lévő fehérjéket a klasszikus értelmezés alapján két nagy csoportra osztjuk: hisztonok és nonhiszton fehérjék. Ez az elkülönítés nagyon durva beosztáson alapul és csak egyetlen szempontot vesz figyelembe: a fehérje rendelkezik-e a hisztonok sajátságaival vagy nem. Az ún. non-hiszton fehérjék felépítésük és szerepük szerint is nagyon változatos csoportot alkotnak, ide tartoznak pl. az interfázisos kromoszóma szerkezetét fenntartó vázalkotó (scaffold) fehérjék, a kromatin szerkezetét módosító fehérjék és a génreguláló fehérjék.

A hiszton fehérjék az eukarióta sejt új fehérje típusai, ugyanis a sejtmaggal nem rendelkező prokarióta sejtekben hiszton fehérjék sincsenek. A hisztonok viszonylag kis méretű fehérjemolekulák és jellemző sajátságuk, hogy pozitív töltésű aminosavakban (arginin, lizin) gazdagok, ami a molekulának is pozitív karaktert kölcsönöz. Ez segíti a hiszton és DNS kötődést a DNS minőségétől (bázisösszetételétől) függetlenül. A sejtmagban számuk óriási, átlagosan 60 millió molekula/sejt, és mennyiségük a kromatinban közel megegyezik a DNS-ével. Ezek az adatok is arra utalnak, hogy a hisztonok alapvető és fontos szerepet töltenek be a DNS és a kromatin szerveződésében.

A hiszton fehérjéknek 5 típusát ismerjük: H1; H2A; H2B; H3 és a H4 hisztonok, amelyek közül az első helyen említett H1-es hiszton kivételével mindegyik típus részt vesz a DNS szerkezeti alapegységének a nukleoszómának a kialakításában, és ezért nukleoszomális hisztonoknak is nevezik őket. A nukleoszomális kis molekulasúlyú hisztonok evolúciós szempontból a legkonzervatívabb fehérjék közé tartoznak. Pl. az olyan távolálló fajok esetében mint a zöldborsó és a szarvasmarha, összesen két aminosavban tér el a H4 aminosavsorrendje, ami arra utal, hogy ezen fehérjék minden egyes aminosava fontos hogy a fehérje betölthesse biológiai funkcióját.

A nukleoszomális hisztonok szerkezetére jellemző egy hosszú N-terminális lizin és arginin gazdag fehérjerész (domén) mellett, hogy egy ún. hisztonredőt tartalmaznak (III.6. ábra). Ez a szerkezeti motívum a három alfa-hélixet és az ezeket összekötő két hurkot tartalmazza. A hisztonredő fontos szerepet játszik a nukleoszomális hisztonok egymáshoz kapcsolásában, a nukleoszóma hiszton korongjának a kialakításában.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1338setb_209/#m1338setb_209 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1338setb_209/#m1338setb_209)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1338setb_209/#m1338setb_209)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

III.6. ábra. A hisztonredő motívum

A sejtmag kromatinállományát magas sókoncentrációjú kezelést követően elektronmikroszkópos felvételeken vizsgálva egy jellegzetes elrendeződést lehet megfigyelni a szokásos kromatin kép helyett. Ez az ún. „gyöngyök a fonalra fűzve” szerkezet, amelyben a gyöngyök a nukleoszómák, a fonal pedig az ún. kapcsoló (linker) régió területe. Egy nukleoszóma 8 hisztonmolekulából (minden nukleoszomális hisztonból 2 molekula) felépülő, kb. 10–11 nm átmérőjű hisztonkorongból vagy hiszton oktamerből (III.7. ábra) és az erre rácsavarodó DNS kettős spirálból épül fel.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1338setb_212/#m1338setb_212 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1338setb_212/#m1338setb_212)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1338setb_212/#m1338setb_212)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

III.7. ábra. Hisztonmolekulák kapcsolódása.

A H3-H4 tetramerhez, amely az oktamer alapját adja, 2 H2A-H2B dimer kapcsolódik. Mindegyik hisztonmolekula N-terminális része kilóg a hisztonkorongból

A hiszton oktamerre 2 fordulattal csavarodik rá a kettős DNS-spirál, ahol egy fordulat kb. 83 nukleotidpárnyi DNS-terület felcsavarodását jelenti és a két fordulattal kb. 146 –147 bázispárnyi DNS tekeredik a hisztonkorong köré. Két nukleoszóma között a kapcsoló (linker) régió átlagosan 60 bázispárnyi DNS-t jelent. Ezen a területen kapcsolódik a DNS-hez az egyetlen nem nukleoszomális hiszton, a H1 hiszton (III.8. ábra). A H1 hisztonmolekulák kicsit nagyobb méretűek és kevésbé konzervatívak mint a nukleoszomális hisztonok. A nukleoszomális szerkezet ismeretében megbecsülhető, hogy egy diploid emberi sejt 2 x 3 x 109 bázispárnyi információja 3 x 107 db ilyen ismétlődési egységen (nukleoszóma + linker régió) fér el.

A nukleoszómák eloszlása a DNS-en nem mindenhol egyenletes. Vannak olyan területek, ahonnan a nukleoszómák hiányozhatnak, ez általában a génműködést szabályozó fehérjékkel és a transzkripcióval kapcsolatosan fordul elő az aktív kromatinban. Lehetséges az is, hogy a linker régió hossza változik, rövidebb és hosszabb is lehet, mint az átlagos 60 bázispárnyi terület.

Ez az alapszerkezet azonban a sejtmagban még magasabb fokú szerveződési szintet ér el, és további spiralizáció, valamint hajtogatódás eredményeként az eu- és heterokromatin alapját adó 30 nm-es kromatinfonalakat hozza létre. Ebben első szinten a linker régió H1 hisztonjainak van fontos szerepe. A H1 hiszton konzervatív, globuláris része (globuláris régió) kötődik a nukleoszóma speciális régiójához, illetve az ott elhelyezkedő DNShez, míg a karszerű N és C terminális régiók egymáshoz kapcsolódva a szomszédos nukleoszómákat egymáshoz közeli helyzetbe hozva lehetővé teszik egy 30 nm átmérőjű kromatin filamentum, a szolenoid szál kialakulását. A nukleoszómák magasabbrendű szerveződésének első lépése – a szolenoid szál kialakulásának kezdete, amelyben a H1 hisztonok játszanak fontos szerepet – látható a III.9. ábrán.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1338setb_218/#m1338setb_218 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1338setb_218/#m1338setb_218)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1338setb_218/#m1338setb_218)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

III.8. ábra. A nukleoszomális szerkezet felépülése a hisztonfehérjékből és a DNS-ből

A 30 nm-es kromatin filamentumon vannak olyan régiók (lásd SARs, MARs), ahová más, nonhiszton DNS kötő fehérjék, pl. vázfehérjék (scaffold proteinek) kapcsolódhatnak, amelyek a kromatin filamentum további felhurkolódását, kondenzációját teszik lehetővé a heterokromatinon át egészen az osztódó sejt tömör kromoszómájáig.

Ezen szerveződés részleteiről, a 30 nm-es kromatin filamentum pontosabb szerkezetéről, valamint a kromatinszerveződés magasabb szintű részleteiről a kromoszóma kialakulásának tárgyalásánál lesz szó.

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1338setb_222/#m1338setb_222 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1338setb_222/#m1338setb_222)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1338setb_222/#m1338setb_222)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

III.9. ábra. H1 hisztonokkal összekapcsolt nukleoszómák.

A: a hiszton globuláris régiója kötődik a DNS-hez. B: hisztonok összekapcsolják a nukleoszómákat és létrejön a 30 nm-es kromatinszál

A kromatin szerveződésének ez az ismertetett modellje mindamellett, hogy lehetővé teszi az igen hosszú, vékony és törékeny DNS szálak biztonságos elrendeződését a magban, fontos szerepet játszik a DNS működésében is. A nukleoszóma szerveződésben fontos hisztonok nem csupán szerkezeti elemek, hanem a DNS aktivitását is befolyásolják csakúgy, mint a kromatin állomány szerkezetét kialakító többi fehérje.

Tartalomjegyzék

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 704 4

Orvostudomány Semmelweis Kiadó könyvei

Reméljük, hogy a hallgatóknak nemcsak egy olyan jegyzetet készítettünk, amelyet meg kell tanulniuk, de sikerült belevinnünk azt az érzést is, amely a jegyzet megírásakor és átírásakor eltöltött minket. Ez az érzés a csodálat. Milyen csodálatos kis egység a sejt, milyen tökéletesen és logikusan szervezett! Mi sem, és így a hallgató sem menekülhet meg a molekuláris szemlélettől, amely manapság a biológia és az orvostudomány minden területén uralkodóvá vált. Igyekeztünk csak annyi molekulát és molekuláris mechanizmust megemlíteni, amelyet feltétlenül szükségesnek tartottunk a sejtben zajló folyamatok megismeréséhez és megértéséhez. Kívánjuk, hogy a leírtak segítsék a hallgatókat más tárgyak anyagának megértésében és elsajátításában is. A jegyzet immáron negyedik, javított kiadását tartják a kezükben és persze ez is több, mint az előző. Mentségünkre legyen mondva a többlet nemcsak több szöveget, de több képanyagot és ábrát is jelent. Reméljük ez segít jobban megérteni a sejtekben zajló, néha bizony komplikált eseményeket. (a szerzők)

Hivatkozás: https://mersz.hu/darvas-laszlo-sejtbiologia//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero