Struttura della cromatina

Struttura della cromatina
Il DNA nel nucleo è protetto dall’azione delle nucleasi
• Se la cromatina viene trattata con nucleasi aspecifiche la maggior
parte del DNA viene frammentata in frammenti di 200 bp o
in multipli di tale lunghezza
• Il DNA cromosomico è protetto dall’azione delle nucleasi
perché associato a proteine.
• Le prime proteine ad interagire con il DNA sono gli ISTONI:
H1 ricco in Lisina (29%)
H2A e H2B meno ricchi in Lisina (11 e 16%)
H3 e H4 ricchi in Arginina (13 e 14%)
Esistono numerosi livelli di organizzazione della cromatina
La formazione del nucleosoma rappresenta il primo passo del
processo di impacchettamento del DNA
Ciascun nucleosoma contiene una particella centrale (core) formata
da 146 bp di DNA superavvolto che gira intorno ad un complesso di 8
molecole di istoni che formano un cilindro
2H2A, 2H2B, 2H3 e 2H4
DNA
I singoli nucleosomi sono connessi fra di loro da un segmento di
DNA di 60 bp, DNA LINKER, a cui si associa l’istone H1,
originando la struttura a collana di perle
Core
Digestione
con nucleasi
DNA linker
Nucleosomi
•  Soggetti a modificazioni
(metilazione, acetilazione,
fosforilazione), che ne influenzano
l’interazione con il DNA.
•  Eccezionalmente conservati negli
eucarioti – le proteine dei mammiferi e
del riccio marino differiscono per
un’unica posizione.
Cromosomi Eucariotici: Struttura
La cromatina esiste in diversi stadi di condensazione"
•  2 forme comuni: le fibre da 10 nm e 30 nm
Il solenoide"
La formazione della fibra di 30 nm dipende dall’interazione fra molecole di
istone H1 di nucleosomi vicini La fibra di 30 nm risulta dall’avvolgimento ad
elica (struttura a solenoide) della fibra di 10nm. Ogni giro è formato da sei
nucleosomi
LA FIBRA RAPPRESENTA LA STRUTTURA DI BASE DELLA CROMATINA
INTERFASICA E DEL CROMOSOMA MITOTICO
Struttura a solenoide:
un giro è formato da sei nucleosomi
La cromatina è ancorata alla matrice
nucleare.
Anse presenti nella cromatina interfasica
"
Le proteine che formano
lo scaffold sono proteine
acide
tra cui la
Topoisomerasi II. Le
proteine si legano a
regioni del DNA ricche in
AT. Le anse di cromatina
sono mantenute adese
mediante regioni SAR
(Scaffold
Attachment
Region) molto ricche in
AT (>65%)
I siti A-F sono separati da milioni di bp di sequenza !
lineare ma risultano fisicamente vicini nei nuclei interfasici.!
Le
anse
di
DNA
potrebbero dividere il
genoma in domini
Regioni cromosomiche molto condensate
costituiscono l’eterocromatina
Eterocromatina, cromatina molto compattata, visibile come
blocchi discreti anche in cellule in interfase.
Cromosoma duplicato. Due cromatidi uniti. Tutto il DNA in
questa fase è sotto forma altamente condensata.
Multiple Levels
of packing are required to fit the DNA into the cell
nucleus
L’avvolgimento del DNA (“compattazione”) intorno agli istoni, l’avvolgimento del
solenoide e delle anse intorno alla “impalcatura” (“scaffold”) permette di ammassare
176 cm di DNA in un nucleo del diametro di pochi µm
Struttura e Funzione dei
cromosomi eucariotici
Cromosomi
Il DNA Nucleare di una cellula è organizzato in unità discrete
chiamate cromosomi. Ciascun cromosoma è composto da una singola
molecola di DNA
Every chromosome has to contains one centromere, two telomeres, and multiple origins of replication
EUCARIOTI
Il numero, la dimensione e la forma dei
cromosomi sono specie specifici.
Specie
Saccaharomyces
cerevisiae (lievito)
Dictystelium
discoideum
(muffa)
Caenorhabditis
elegans
(nematode)
Drosophila
melanogaster
Gallus domesticus
Mus Musculus
Xenopus leavis
Homo sapiens
Zea mais
Allium cepa
(cipolla)
Numero aploide
dei cromosomi
16
Dimensioni del
genoma aploide
(Mb)
14
7
70
11/12
100
4
170
39
20
18
23
10
8
1200
3000
3000
3000
5000
15000
FUNZIONE BIOLOGICA
• Perpetuare il materiale ereditario durante lo sviluppo di
un individuo (replicazione e segregazione in mitosi)
• Rimescolare il materiale ereditario nelle generazioni
successive (appaiamento meiotico - ricombinazione segregazione - assortimento indipendente degli omologhi)
Chromosome Structure changes during the cell cycle
The DNA is not bare. It is
coated and organized by a wide
variety of proteins. Collectively,
the DNA and protein
assemblage that constitutes the
chromosomes is referred to
as chromatin
Cell in M phase
or Mitosis have
more condensed
chromosomes
Cells in G1, S or G2 are
said to be in Interphase.
Chromosomes are in a
more dispersed conformation
Interphase chromosomes
Mitotic chromosome
Dove sono localizzati i geni sui cromosomi?
La distribuzione dei geni nei cromosomi non è omogenea
• Bandeggi cromosomici
Le bande G si replicano tardi e contengono cromatina condensata
le bande R invece replicano nella fase S precoce e hanno una struttura cromatinica meno
condensata
Le bande G e anche le bande Q sono preferenzialmente costituite da regioni ricche in A-T con
un contenuto in A-T>60% e con un basso contenuto di geni
I geni umani non sono distribuiti uniformemente nei cromosomi"
-le regioni di eterocromatina costitutiva sono essenzialmente prive di geni
-le regioni eucromatiche presentano una diversa distribuzione genica
urban centers vs. desert areas
-la concentrazione dei geni correla con il contenuto in GC
-cromosomi diversi presentano una differente concentrazione di geni crom 19 (alta) vs. crom 5 (bassa)