La cromatina: I nucleosomi. L’impaccamento del DNA e le proteine istoniche

Che cos'è la cromatina?

La cromatina è il complesso formato da DNA e proteine (soprattutto istoni) che costituisce i cromosomi nelle cellule eucariotiche.

Qual è l'unità fondamentale della cromatina?

Il nucleosoma, costituito da circa 146 paia di basi di DNA avvolte attorno a un ottamero di istoni.

Da quali istoni è formato l'ottamero del nucleosoma?

Due copie di ciascun istone: H2A, H2B, H3 e H4.

Qual è la funzione dei nucleosomi?

• Compattano il DNA,

• proteggono dalla degradazione

• regolano l'accessibilità ai geni./ espressione genica

Cosa significa che i nucleosomi sono dinamici

che possono essere rimossi o spostati per facilitare l’accesso al DNA

Qual è il ruolo delle proteine istoniche?

Organizzano il DNA nella cromatina, ne permettono il compattamento e partecipano alla regolazione dell'espressione genica

Il nucleosoma è formato da

1. ottamero istonico

2. 147 bp di DNA avvolto

Com’è impacchettato il DNA nucleare

in modo ordinato attraverso una gerarchia di livelli strutturali

Cosa succede dopo la formazione dei nucleosomi

DNA assume struttura detta fibra da 10 nm ——>collana di perle

Che cos'è l'istone H1?

È l'istone di collegamento che si lega al DNA linker tra due nucleosomi e stabilizza la struttura della cromatina.

Qual è la funzione dell'istone H1?

Favorisce un maggiore compattamento della cromatina e la formazione della fibra di 30 nm.

Che cos'è la fibra di 30 nm?

È un livello superiore di organizzazione della cromatina ottenuto grazie all'interazione tra nucleosomi mediata dall'istone H1.

Di che cosa sono costituite le proteine istoniche

• arginina e lisina

• cariche positive

• proteine basiche

Quali sono le proteine istoniche

H2A, H2B, H3, H4, H1

Com’è noto istone H1

istone di legame

Cosa rappresenta la fibra da 30 nm

secondo livello di organizzazione della cromatina

Quali sono i modelli di compattamento possibili

• modello a solenoide—→nucleosomi disposti a spirale compatta

• modello a zig-zag—→nucleosomi collegati in modo alternato e più aperto

Dove si trova la fibra da 30 nm

1. regioni eterocromatiche

2. profase mitotica

quali sono i benefici delle fibre da 30 nm

1. ridurre ingombro di DNA

2. regolare accessibilità geni

3. proteggere genoma da danni

Che differenza c'è tra eucromatina ed eterocromatina?

L'eucromatina è poco condensata e trascrizionalmente attiva; l'eterocromatina è molto condensata e generalmente inattiva.

Quali sono le caratteristiche dell'eucromatina?

Cromatina meno compatta, ricca di geni espressi e facilmente accessibile ai fattori di trascrizione

Quali sono le caratteristiche dell'eterocromatina?

Cromatina altamente condensata, povera di trascrizione e ricca di sequenze ripetute.

L’eterocromatina si divide in

1. costitutiva—→ mantenuta sempre condensata (telomeri,centromeri)

2. facoltativa—→ varia la sua espressione in base al differenziamento della cellula

Cos’è il corpo di Barr

forma eterocromatinizzata Il corpo di Barr è un cromosoma X inattivato, fortemente condensato, presente nelle cellule somatiche delle femmine dei mammiferi.

Perché si forma il corpo di Barr?

Per realizzare la compensazione del dosaggio genico, evitando che nelle femmine vengano espressi i geni di entrambi i cromosomi X.

: Quanti corpi di Barr sono presenti in una cellula?

Formula: Corpi di Barr = Numero di cromosomi X − 1

Come viene chiamato questo processo

inattivazione cromosoma X o lyonizzazione

Quando avviene l'inattivazione del cromosoma X?

Durante le prime fasi dello sviluppo embrionale.

L'inattivazione del cromosoma X è casuale?

Sì. Nelle cellule embrionali viene inattivato casualmente il cromosoma X materno o paterno, e questa scelta viene mantenuta nelle cellule figlie.

Che cos'è il mosaicismo funzionale?

È la presenza, nello stesso individuo, di popolazioni di cellule che esprimono geni diversi del cromosoma X, perché in alcune cellule è inattivato l'X materno e in altre l'X paterno.

Qual è la relazione tra corpo di Barr e mosaicismo funzionale?

Il corpo di Barr rappresenta il cromosoma X inattivato; poiché l'inattivazione è casuale, cellule diverse possono avere inattivato un X diverso, determinando il mosaicismo funzionale.

Che cos'è la metilazione del DNA?

È l'aggiunta di gruppi metile (CH₃) alle citosine, quando si trova in posizione 5, formando 5 metil-citosina

Dove avviene la metilazione

Nelle isole CpG dove una citosina è seguita da una guanina

Qual è l'effetto della metilazione del DNA sulla trascrizione?

Riduce l'accessibilità del DNA ai fattori di trascrizione e favorisce il silenziamento dei geni.

Qual è l’enzima responsabile della metilazione

DNA metiltransferasi (DNMT)

La metilazione è coinvolta in

1. inattivazione del cromosoma X

2. imprinting

3. silenziamento di elementi transponibili

4. differenziazione cellulare

Ipermetilazione

favorisce crescita incontrollati di cellule

Ipometilazione

porta all’attivazione di geni normalmente silenziati

La metilazione delle isole CpG nei promotori

associata al silenziamento genico

Che cos'è il rimodellamento della cromatina?

È il processo mediante il quale complessi proteici modificano la posizione o la struttura dei nucleosomi, rendendo il DNA più o meno accessibile.

Perché il rimodellamento della cromatina è importante?

Regola processi come trascrizione, replicazione, riparazione del DNA e ricombinazione.

Come avviene il rimodellamento

tramite complessi proteici specializzati che utilizzano energia dall’ATP

Come avviene questo rimodellamento

1. esposizioni regioni inaccesibili

2. rimuovere nucleosomo o sostituire istoni

3. modificare compattazione cromatina

Quali sono i complessi proteici principali

• SWI/SNF: coinvolto nell’attivazione trascrizionale

• ISWI: regola posizione nucleosomi

• CHD: implicato in attivazione e in repressione genica

• INO80: risposta al danno al DNA

Il rimodellamento lavora a stretto contatto con

modificazione degli istoni e metilazione DNA

Che cosa sono le modificazioni post-traduzionali degli istoni?

Sono modifiche chimiche delle code istoniche, come acetilazione, metilazione, fosforilazione e ubiquitinazione, che influenzano la struttura della cromatina.

Che cos'è l'epigenetica?

È lo studio delle modificazioni ereditabili dell'espressione genica che non alterano la sequenza del DNA.

Che cos'è l'acetilazione degli istoni?

È l'aggiunta di gruppi acetile (COCH₃) alle lisine delle code istoniche da parte delle istone acetiltransferasi (HAT).

Qual è l'effetto dell'acetilazione degli istoni?

Riduce carica positiva delgi istoni, apre cromatina—→ attivazione trascrizione

Qual è l'effetto della deacetilazione degli istoni?

Aumenta la condensazione della cromatina e riduce la trascrizione.

Fosforilazione

risposta rapida a segnali esterni o al danno al DNA

Ubiquitinazione o sumoilazione

regolano attività trascrizionale

Che cosa sono le condensine?

Sono complessi proteici che promuovono il ripiegamento e la condensazione dei cromosomi durante la divisione cellulare.

A quale famiglia appartengono le condensine

SMC (Structural Maintenance of Chromosomes)

Quando agiscono principalmente le condensine?

Durante la mitosi e la meiosi, per permettere la formazione dei cromosomi condensati.

Qual è il ruolo delle condensine nel ripiegamento della cromatina?

Organizzano la cromatina in anse (loop) e ne favoriscono la massima condensazione necessaria alla segregazione cromosomica.

Esistono due tipi principali di condensine

1. condensina I—→ attiva nel citoplasma durante la prometafase

2. condesina II—→ presente nel nucleo durante la profase

Qual è la struttura di base delle condensine

• due proteine SMC (SMC2 e SMC4)

• associate a subunità accessorie non SMC

Il meccanismo di azione delle condensine

1. riconoscimento di specifiche regioni cromatiniche

2. avvolgimento di DNA in loop o anse stabili

3. utilizzo di ATP

4. collaborazione con coesine

Cosa sono le coesine

complessi proteici che mantengono insieme i cromatidi fratelli

Cosa hanno scoperto i recenti studi sulle condensine

• funzione in interfase

• contribuiscono a regolare la struttura dei domini topologici TADs

• compartimentalizzazione del genoma