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sostanza che forma il nucleo cellulare degli organismi eucarioti durante l'interfase Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
La cromatina è la sostanza che forma il nucleo cellulare degli organismi eucarioti durante la fase funzionale della cellula (interfase). È costituita da DNA associato a proteine basiche dette istoni, proteine acide ed RNA.[1]
Nell'interfase la cromatina si presenta come un filamento "a collana di perle" in cui il DNA è ripiegato su gruppi di istoni formando strutture dette nucleosomi, che permettono l'accesso all'enzima RNA polimerasi per la trascrizione e successivamente alla DNA polimerasi per la duplicazione. Inoltre, in base ai tipi di geni trascritti, la cromatina è meno condensata quando è associata a geni trascrizionalmente attivi (eucromatina) rispetto a geni inattivi (eterocromatina). Modificazioni epigenetiche degli istoni determinano un cambiamento nella struttura della cromatina. Con il progredire del ciclo cellulare si assiste a un graduale aumento della compattazione della cromatina fino all'inizio della mitosi e alla comparsa dei cromosomi.
Il nome cromatina, dato da Walther Flemming nel 1879, deriva storicamente dalla intensa colorazione assunta dal nucleo ai coloranti basici.
Esistono diversi livelli di organizzazione della cromatina:
Tramite un microscopio elettronico, le fibre di cromatina sono distinguibili grazie alla loro condensazione durante la divisione cellulare. Durante l'interfase, la cromatina è più espansa: questa configurazione è necessaria perché l'informazione genetica possa esprimersi.
Si distinguono due tipi di cromatina:
L'eterocromatina, parte costitutiva dei cromosomi (ne forma in particolare il centromero e i telomeri) è costituita perlopiù da tratti di genoma non codificante. Il suo alto grado di condensazione impedisce ad ogni gene eucromatico in essa presente di essere trascritto, per cui è considerabile come "spento" o "silenziato". Qualunque gene venga estratto da eucromatina e condensato in eterocromatina viene silenziato. La conseguenza dello spostamento di un gene ne determina quindi l'espressione ed è detta effetto di posizione. Le zone di eucromatina posizionate in prossimità di eterocromatina tendono a presentare geni silenziati che possono essere ereditati nella progenie. Gli effetti di posizione sono responsabili, tra le altre cose, del silenziamento di uno dei due cromosomi X nella femmina di mammifero. Esistono alcune decine di geni che codificano per proteine appartenenti al gruppo delle proteine cromosomiche non istoniche le quali si legano a specifiche sequenze degli istoni dell'ottamero del nucleosoma, influenzando l'espressione genetica nei geni ivi presenti. La conservazione delle proteine istoniche nel tempo è parzialmente giustificata dai meccanismi di controllo genetico da parte dell'epigenoma.
Gli istoni, a differenza di quanto si pensava in passato, sono proteine soggette ad una notevole varietà di modificazioni covalenti reversibili. La maggior parte di queste modificazioni avviene sulla coda N-terminale dell'ottamero, ma talvolta possono avvenire anche sul corpo del nucleosoma, in particolare sulle catene laterali degli amminoacidi di un istone. L'acetilazione della lisina o dell'arginina, che tende ad allentare la struttura della cromatina poiché rimuove la carica positiva di questo amminoacido (conseguentemente il DNA, carico negativamente, aderirà meno strettamente agli istoni) avviene ad opera di istone acetil-transferasi (HAT, histone acetyl transferase), la loro deacetilazione da parte di deacetilasi (HDAC), la loro (mono)metilazione, dimetilazione o trimetilazione da parte di una serie di tre istone metil-trasferasi, cui corrispondono altre tre demetilasi. Una lisina o un'arginina non possono essere contemporaneamente acetilate o metilate.
Altre possibili modificazioni sono la fosforilazione della serina e l'ubiquitinazione. La modificazione di un istone, per esempio una metilazione, può essere riprodotta su più nucleosomi, percorrendo grandi distanze lungo la cromatina di un cromosoma. Questo perché gli stessi enzimi che fungono da "scrittori" istonici, e che quindi modificano l'istone, possono lavorare in concerto con specifiche proteine "lettrici" le quali riconoscono la modificazione appena effettuata dallo scrittore e fungono da "ponte" per ulteriori modificazioni dello stesso tipo nei nucleosomi adiacenti. I processi di "scrittura" e "lettura" consumano ATP. Per evitare che uno o più processi di lettura-scrittura proseguano senza regolazione lungo diversi nucleosomi e quindi attivino o silenzino indiscriminatamente geni, esistono delle sequenze barriera che bloccano questi complessi.
La mancanza di una sequenza barriera può, come è facilmente intuibile, avere effetti rilevanti su un organismo. Queste sequenze contengono siti di legame per acetilasi e deacetilasi, per cui i suoi amminoacidi sono intensamente acetilati, impedendo che il complesso lettore-scrittore possa metilarli, condensandoli in eterocromatina. Gli istoni fortemente metilati invece attirano oltre al complesso lettore-scrittore anche delle proteine di rimodellamento della cromatina, con la funzione di condensare (con consumo di ATP) i nucleosomi metilati in eterocromatina.
La modificazione di un istone varia in base ai tempi del ciclo cellulare, ed il loro reclutamento dipende da proteine regolatorie dei geni. Le modificazioni, sebbene siano promosse da queste proteine, non vi sono direttamente legate e persistono anche dopo la loro scomparsa, determinando l'eredità epigenetica. Queste modificazioni a loro volta attraggono proteine regolatrici specifiche che hanno affinità per un dominio di cromatina modificato in modo appropriato per quel tipo di proteina e non per altre.
È possibile regolare gli istoni in un nucleosoma mediante sostituzione di alcuni componenti o di tutto l'ottamero con istoni alternativi. Tali istoni si trovano in quantità molto inferiori rispetto a quelle dei quattro principali formanti l'ottamero. Ne esistono per ciascun istone, fatta eccezione per l'H4. Ne sono esempi H3.3, che promuove la trascrizione del DNA avvolto attorno al nucleosoma che lo contiene, CENP-A che svolge funzioni a livello del centromero e collabora alla formazione del cinetocore, H2AX, che partecipa alla riparazione del DNA, H2AZ, con un ruolo importante nella segregazione cromosomica, macroH2A, con un ruolo di repressione trascrizionale (opposto a H3.3) ed inattivazione di uno dei due cromosomi X nella femmina. A differenza degli istoni dell'ottamero che sono sintetizzati in particolare nella fase S del ciclo cellulare, subito dopo la duplicazione del DNA, queste varianti istoniche sono sintetizzate durante l'interfase.
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