Nøkkelforskjell – konstitutiv vs fakultativ heterokromatin
Kromosomer er kondenserte strukturer sammensatt av deoksyribosenukleinsyrer (DNA). Det er en godt organisert struktur, og den grunnleggende enheten i DNA-emballasjen er nukleosomet. Pakkingen av DNA i kromosomet involverer mange trinn. Når kromosomer observeres under et mikroskop etter farging, kan forskjellige regioner observeres som mørkt fargede områder og lett fargede områder. Mørkt fargede områder er kjent som Heterochromatin, og de er områdene som har tettpakket DNA. Lett fargede områder er kjent som Euchromatin, og de er regionene som har løst pakket DNA. Heterochromatin kan videre klassifiseres som konstitutivt heterochromatin og fakultativt heterochromatin. Konstitutivt heterokromatin refererer til regionene av DNA i kromosomet som finnes gjennom cellesyklusen. De finnes hovedsakelig i nærheten av de peri-sentromere regionene og telomere regionene i kromosomet. Fakultativt heterochromatin er regioner av DNAet der genene blir stilnet av ved modifikasjoner. Derfor aktiveres de bare under visse forhold og finnes ikke i hele cellen. Nøkkelforskjellen mellom konstitutivt og fakultativt heterokromatin er funksjonaliteten til de to typene. Konstitutivt heterochromatin er tilstede gjennom hele cellesyklusen og koder ikke for proteiner, mens fakultativt heterochromatin refererer til tausede DNA-områder i kromosomet som aktiveres under spesifikke forhold.
Hva er konstitutivt heterokromatin?
Konstitutivt heterokromatin refererer til de mørkfargede kondenserte områdene av DNA som finnes i hele kromosomet til eukaryotene. De finnes i de peri-sentromere og telomere områdene av kromosomet. Konstitutive heterokromatinregioner visualiseres ved bruk av C-båndteknikken. Under mikroskopet ser det konstitutive heterokromatinet ut til å være mye mørkt farget.
Sammensetningen av det konstitutive heterochromatin er hovedsakelig basert på det høye kopiantallet av tandem-repetisjoner. Disse tandem-repetisjonene kan være satellitt-DNA, minisatellitt-DNA eller mikrosatellitt-DNA. Disse regionene er svært repeterende og polymorfe. Derfor brukes de i dag som markører i DNA-fingeravtrykk og farskapstesting.
Hovedfunksjonen til konstitutivt heterokromatin observeres under celledelingsprosessen, hvor det er spådd at konstitutivt heterokromatin er nødvendig for segregering av søsterkromatider. Det er også nyttig for riktig funksjon og dannelse av sentromeren.
Selv om både sentromert og telomert DNA er sammensatt av konstitutivt heterokromatin, er både sentromert og telomert DNA ikke bevart i hele genomet. Sentromere sekvenser er ikke bevart i mange arter, men telomere sekvenser antas å være mer bevart på tvers av arter. Begge regionene inneholder ikke gener, men er viktige siden de spiller en fremtredende strukturell rolle.
Figur 01: Konstitutivt heterokromatin – C-bånd
Replisering av konstitutivt heterokromatin finner sted i den sene S-fasen. Histonmodifikasjoner gjøres for å danne det konstitutive heterokromatin, der de vanligste modifikasjonene inkluderer - histonhypoacetylering, histon H3-Lys9-metylering (H3K9) og cytosinmetylering. Disse modifikasjonene er arvelige og faller derfor inn under det brede emnet epigenetikk. Genetiske mutasjoner kan føre til defekter i de konstitutive heterokromatinregionene som fører til forskjellige genetiske komplikasjoner (Roberts syndrom)
Hva er fakultativt heterokromatin?
Fakultative heterokromatinregioner er DNA-regionene som ikke finnes i hele kromosomet, og dermed er de ikke konsistente mellom forskjellige arter. Denne DNA-koden for gener som uttrykkes dårlig.
De fakultative heterokromatinene er stilnede gener som uttrykkes under spesifikke forhold. Disse betingelsene inkluderer;
- Temporal (f.eks. utviklingstilstander eller spesifikke cellesyklusstadier)
- Spatial (f.eks. kjernefysisk lokalisering endres fra sentrum til periferien eller omvendt på grunn av eksogene faktorer/signaler)
- Foreldre/arvelig (f.eks. monoallel genuttrykk)
Genene dempes av kromatinmodulasjonsprosesser. Det klassiske eksemplet på fakultativ heterokromatinmodifikasjon er X-kromosominaktivering hos kvinner, der ett sett av X-kromosomet inaktiveres slik at den genetiske sammensetningen av X-kromosom hos menn og kvinner er balansert.
Figur 02: Heterochromatin
Fakultativt heterokromatin har stor mulighet for å bli omdannet til eukromatinregioner; under C-båndfargingsteknikk blir fakultativt heterokromatin derfor ikke farget mørkt sammenlignet med konstitutivt heterokromatin.
Hva er likhetene mellom konstitutivt og fakultativt heterokromatin?
- Både konstitutive og fakultative heterokromatintyper er sammensatt av DNA-regioner.
- Både konstitutive og fakultative heterokromatintyper er svært kondenserte områder av DNA.
- Både konstitutive og fakultative heterokromatintyper kan skilles fra C-båndfarging.
- Både konstitutive og fakultative heterokromatintyper reguleres av epigenetiske faktorer.
Hva er forskjellen mellom konstitutivt og fakultativt heterokromatin?
Konstitutiv vs fakultativ heterokromatin |
|
| Konstitutivt heterokromatin refererer til DNA-områdene i kromosomet som finnes gjennom cellesyklusen. | Fakultativt heterokromatin er områder av DNAet der genene blir stilnet av ved modifikasjoner. Derfor aktiveres de bare under visse forhold og finnes ikke i hele cellen. |
| Typer av sekvenser | |
| Satellitt-, minisatellitt- og mikrosatellittsekvenser er typer konstitutivt heterokromatin. | Lange innblandet kjernefysiske elementer er en type fakultativ heterokromatin. |
| Mulighet til å uttrykke | |
| Konstitutivt heterokromatin er ikke i stand til å uttrykke genene. | Fakultativt heterokromatin kan uttrykkes. |
| C-båndfarging | |
| Konstitutive heterokromatinbånd farges i mørk farge. | Fakultative heterokromatinbånd flekker ikke / flekker ikke med en lys farge. |
| polymorfismer | |
| Tilstede blant det konstitutive heterokromatin. | Fraværende i fakultativ heterochromatin. |
Sammendrag – konstitutiv vs fakultativ heterokromatin
Heterochromatin og Euchromatin er de to viktigste båndmønstrene observert under C-båndfarging. Heterochromatin virker mørkt farget da de er svært kondensert. Konstitutive og fakultative heterokromatinregioner er hovedinndelingene av heterokromatin. De konsistente regionene som finnes gjennom cellesyklusen, som er strukturelt viktige, blir referert til som konstitutivt heterokromatin. De tausede DNA-regionene som til slutt omdannes til eukromatinregioner, blir referert til som fakultativt heterokromatin. De uttrykkes bare under visse forhold. Dette er forskjellen mellom konstitutivt og fakultativt heterokromatin.
