Przegląd

Eukarionty mają duże genomy w porównaniu do prokariontów. Aby zmieścić swoje genomy w komórce, eukarionty muszą szczelnie upakować swoje DNA w jądrze. Aby to zrobić, DNA jest owijane wokół białek zwanych histonami, tworząc nukleosomy, główną jednostkę pakowania DNA. Nukleosomy następnie zwijają się w zwarte włókna znane jako chromatyna.

Masz wystarczająco dużo DNA, aby rozciągnąć się do Słońca i z powrotem setki razy

Większość komórek w ludzkim ciele zawiera około 3 miliardów par zasad DNA upakowanych w 23 pary chromosomów. Trudno sobie dokładnie wyobrazić, ile DNA reprezentują te liczby. Ile więc musi się wydarzyć, aby zmieścić genom w komórce?

Możemy uzyskać pewien wgląd w to, wyrażając genom pod względem długości. Gdybyśmy ułożyli DNA pojedynczej ludzkiej komórki, takiej jak komórka skóry, w linii prostej, miałoby ono dwa metry długości – ponad 6,5 stopy. Ciało ludzkie zawiera około 50 bilionów komórek ludzkich. Oznacza to, że każda osoba ma w sumie około 100 bilionów metrów DNA. Innymi słowy, każdy człowiek ma wystarczająco dużo DNA, aby rozciągnąć się od Ziemi do Słońca 300 razy!

A ludzie nie mają szczególnie dużych genomów – genomy wielu ryb, i roślin kwitnących są znacznie większe. Na przykład genom rośliny kwitnącej Paris japonica jest 25 razy większy niż genom diploidalny człowieka. Liczby te podkreślają zdumiewające zadanie, jakie eukarionty muszą wykonać, aby upakować swoje DNA w komórkach.

Nukleosomy odgrywają kluczową rolę w pakowaniu DNA

Każdy nukleosom składa się z DNA owiniętego wokół rdzenia z ośmiu białek histonowych. Każdy rdzeń składa się z czterech różnych typów histonów - H2A, H2B, H3 i H4 - z których każdy występuje w dwóch kopiach. Inny rodzaj histonu - H1 - wiąże się zarówno z nukleosomem, jak i łącznikiem DNA, stabilizując strukturę.

DNA staje się bardziej zwarte, gdy nukleosomy i DNA łącznikowe zwijają się we włókna chromatyny. Nieskondensowane włókna chromatyny lub euchromatyna mają średnicę około 10 nm. Nukleosomy przypominają koraliki na sznurku w tych włóknach. Gdy DNA kontynuuje kondensację, włókna o długości 10 nm zwijają się w nici o grubości około 30 nm, które z kolei tworzą pętle, które tworzą włókna o grubości 300 nm. Kiedy chromatyna jest w pełni zagęszczona, jest znana jako heterochromatyna.

Luźno upakowana struktura euchromatyny umożliwia enzymom, takim jak polimeraza RNA, dostęp do DNA. Transkrypcja ma zatem tendencję do zachodzenia głównie w euchromatycznych regionach genomu, które są bogate w geny. Natomiast ciasno upakowana struktura heterochromatyny blokuje dostęp do DNA, uniemożliwiając transkrypcję. Heterochromatyna dominuje w centromerach i telomerach chromosomów, gdzie wysoce powtarzalne sekwencje DNA są znacznie częstsze niż geny. Co więcej, organizmy mogą dynamicznie dostosowywać poziom upakowania DNA w odpowiedzi na komórkowe i zewnętrzne sygnały środowiskowe, dekondensując DNA, gdy trzeba włączyć geny, i ponownie kondensując je, aby je wyłączyć.