Jēdziens "hromosoma" zinātnē nav tik jauns, kā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena. Pirmo reizi šo terminu, lai apzīmētu eikariotu šūnas intranukleāro struktūru pirms vairāk nekā 130 gadiem, ierosināja morfologs W. Waldeyer. Nosaukumā ir iestrādāta intracelulārās struktūras spēja iekrāsoties ar pamata krāsvielām.
Pirmkārt… Kas ir hromatīns?
Hromatīns ir nukleoproteīnu komplekss. Proti, hromatīns ir polimērs, kas ietver īpašus hromosomu proteīnus, nukleosomas un DNS. Olb altumvielas var veidot līdz 65% no hromosomas masas. Hromatīns ir dinamiska molekula, un tam var būt ļoti daudz konfigurāciju.
Hromatīna proteīni veido ievērojamu daļu no tā masas un ir sadalīti divās grupās:
- Histonu proteīni – satur bāziskās aminoskābes savā sastāvā (piemēram, arginīns un lizīns). Histonu izvietojums ir haotisks bloku veidā visā DNS molekulas garumā.
- Nehistonu proteīni (apmēram 1/5 no kopējā histonu skaita) ir kodolproteīnsmatrica, kas veido strukturālu tīklu starpfāžu kodolā. Tieši viņa ir pamats, kas nosaka kodola morfoloģiju un vielmaiņu.
Pašlaik citoģenētikā hromatīnu iedala divās šķirnēs: heterohromatīnā un eihromatīnā. Hromatīna sadalījums divās sugās notika katras sugas spējas iekrāsoties ar specifiskām krāsvielām dēļ. Šī ir efektīva DNS attēlveidošanas metode, ko izmanto citologi.
Heterohromatīns
Heterohromatīns ir hromosomas daļa, kas daļēji kondensēta starpfāzē. Funkcionāli heterohromatīnam nav nekādas vērtības, jo tas nav aktīvs, īpaši saistībā ar transkripciju. Bet tā spēja labi iekrāsoties tiek plaši izmantota histoloģiskajos pētījumos.
Heterohromatīna struktūra
Heterohromatīnam ir vienkārša struktūra (sk. attēlu).
Heterohromatīns ir iesaiņots globulās, ko sauc par nukleosomām. Nukleosomas veido vēl blīvākas struktūras un tādējādi “traucē” nolasīt informāciju no DNS. Heterohromatīns veidojas H3 histona metilēšanas procesā pie lizīna 9, un pēc tam tiek saistīts ar proteīnu 1 (HP1 - Heterochromatin Protein 1). Mijiedarbojas arī ar citiem proteīniem, tostarp H3K9-metiltransferāzēm. Tik liels proteīnu mijiedarbības skaits savā starpā ir nosacījums heterohromatīna un tā izplatības uzturēšanai. DNS primārā struktūra neietekmē heterohromatīna veidošanos.
Heterohromatīns ir ne tikai atsevišķas daļas, bet arī veselas hromosomas, kas saglabājas kondensētā stāvoklī visā šūnu ciklā. Tie atrodas S fāzē un ir pakļauti replikācijai. Zinātnieki uzskata, ka heterohromatīna reģionos nav proteīnu kodējošo gēnu vai arī šādu gēnu skaits ir ļoti mazs. Šādu gēnu vietā heterohromatīna nukleotīdu sekvences lielākoties sastāv no vienkāršiem atkārtojumiem.
Heterohromatīna veidi
Heterohromatīns ir divu veidu: fakultatīvais un strukturālais.
- Fakultatīvais heterohromatīns ir hromatīns, kas veidojas vienas no vienas sugas divu hromosomu spirāles veidošanās laikā, tas ne vienmēr ir heterohromatisks, bet reizēm. Tas satur gēnus ar iedzimtu informāciju. Tas tiek nolasīts, kad tas nonāk eihromatiskajā stāvoklī. Fakultatīvā heterohromatīna kondensētais stāvoklis ir īslaicīga parādība. Šī ir tā galvenā atšķirība no strukturālās. Fakultatīvā heterohromatīna piemērs ir hromatīna ķermenis, kas nosaka sievietes dzimumu. Tā kā šāda struktūra sastāv no divām homologām somatisko šūnu X-hromosomām, viena no tām var vienkārši veidot fakultatīvu heterohromatīnu.
- Strukturālais heterohromatīns ir struktūra, ko veido ļoti saritināts stāvoklis. Tas saglabājas visa cikla laikā. Kā minēts iepriekš, strukturālā heterohromatīna kondensētais stāvoklis ir nemainīga parādība, atšķirībā no neobligāta. Strukturālo heterohromatīnu sauc arī parkonstitutīvs, to labi nosaka C krāsa. Tas atrodas prom no kodola un aizņem centromēriskos reģionus, bet dažreiz ir lokalizēts citos hromosomas reģionos. Bieži vien starpfāzes laikā var notikt dažādu strukturālā heterohromatīna sekciju agregācija, kā rezultātā veidojas hromocentri. Šāda veida heterohromatīnā nav transkripcijas īpašību, tas ir, nav strukturālu gēnu. Šāda hromosomas segmenta loma līdz šim nav pilnībā skaidra, tāpēc zinātnieki mēdz tikai atbalstīt šo funkciju.
Euhromatīns
Euhromatīns ir hromosomu daļas, kas starpfāzē ir dekondensētas. Šāds lokuss ir vaļīga, bet tajā pašā laikā neliela kompakta struktūra.
Euhromatīna funkcionālās īpašības
Šis hromatīna veids darbojas un funkcionāli aktīvs. Tam nav iekrāsošanās īpašību, un to nenosaka histoloģiskie pētījumi. Mitozes fāzē gandrīz viss eihromatīns kondensējas un kļūst par hromosomas neatņemamu sastāvdaļu. Sintētiskās funkcijas šajā periodā hromosomas nepilda. Tāpēc šūnu hromosomas var būt divos funkcionālos un strukturālos stāvokļos:
- Aktīvs vai darba stāvoklis. Šajā laikā hromosomas ir gandrīz pilnībā vai pilnībā dekondensētas. Viņi ir iesaistīti transkripcijas un reduplikācijas procesā. Visi šie procesi notiek tieši šūnas kodolā.
- Neaktīvs vielmaiņas miera stāvoklis (nestrādājošs). Šajā stāvoklī hromosomasir maksimāli kondensēti un kalpo kā transports ģenētiskā materiāla pārnešanai uz meitas šūnām. Šajā stāvoklī tiek izplatīts arī ģenētiskais materiāls.
Mitozes beigu fāzē notiek despiralizācija un veidojas vāji iekrāsotas struktūras pavedienu veidā, kas satur transkribētos gēnus.
Katras hromosomas struktūrai ir savs unikāls hromatīna atrašanās vietas variants: eihromatīns un heterohromatīns. Šī šūnu iezīme ļauj citoģenētiķiem identificēt atsevišķas hromosomas.
