thumb|right|300px| Solenoidna struktura: Hromatinsko vlakno debljine 30 nm

Struktura solenoidnog hromatina je model za strukturu 30 vlakna debljine nm. To je sekundarna struktura hromatina koja pomaže u pakovanju eukariotske DNK u jedru.

Pozadina

Hromatin je prvi otkrio Walther Flemming, koristeći anilinske boje za bojenje. Godine 1974., Roger Kornberg je prvi predložio da se hromatin zasniva na ponavljajućoj jedinici zvanoj histonski oktamer i oko 200 parova baza DNK.

Model solenoida prvi su predložili John Finch i Aaron Klug 1976. Koristili su elektronskomikroskopske slike i uzorke difrakcije rendgenskih zraka da odrede svoj model strukture. Ovo je bio prvi model koji je predložen za strukturu vlakna od 30 nm.

Struktura thumb|280px|Soleniidne strukture u okviru hromatina DNK u jedru je omotana oko nukleosom a, koji su histonski oktameri formirani od proteinskog jezgra histona; dva histonska H2A-H2B dimera, dva H3 proteina i dva H4 proteina. Primarna struktura hromatina, najmanje zbijeni oblik, je oblik od 11 nm, ili "perle na niti", gdje je DNK omotana oko nukleosoma u relativno pravilnim intervalima, kao što je predložio Roger Kornberg.

Histonski H1 protein se vezuje za mjesto gdje DNK ulazi i izlazi iz nukleosoma, obavijajući 147 parova baza oko histonskog jezgra i stabilizirajući nukleosom, ova struktura je hromatosom. U solenoidnoj strukturi, nukleosomi se savijaju i slažu, formirajući spiralu. Povezani su savijenom linkerskom DNK koja pozicionira sekvencne nukleosome jedan uz drugog u heliksu. Nukleosomi su postavljeni tako da su proteini histona H1 okrenuti prema centru gdje formiraju polimeri. Finch i Klug su utvrdili da spiralna struktura ima samo jednu početnu tačku jer su uglavnom posmatrali mali nagibni uglovi od 11 nm, što je otprilike istog prečnika kao nukleosom. U svakom zavoju spirale, postoji otprilike 6 nukleosoma. Finch i Klug su zapravo primijetili širok raspon nukleosoma prema okretu, ali su to sveli na spljoštenje.

Finchove i Klugove elektronskomikroskopske slike su imale nedostatak vidljivih detalja pa nisu mogli odrediti spiralne parametre osim koraka. Novije slike elektronske mikroskopije su mogle definirati dimenzije solenoidnih struktura i identificirao ga je kao lijevostranu spiralu. Struktura solenoida je neosjetljiva na promjene u dužini linkera DNK.

Funkcija

Najočiglednija funkcija solenoidne strukture je da pomogne u pakovanju DNK, tako da bude dovoljno mala da stane u ćelijsko jedro. Ovo je veliki zadatak jer sisarsko jedro ima prečnik od približno 6 µm, dok bi se DNK u jednoj ljudskoj ćeliji proteže na nešto više od 2 metra ako bi se odmotala. Struktura "perle na niti" može komprimirati DNK na 7 puta manju. Struktura solenoida može povećati ovo da bude 40 puta manja.

Kada je DNK sabijena u solenoidnu strukturu i dalje može biti transkripcijski aktivna u određenim područjima. Sekundarna struktura hromatina je važna za ovu transkripcijsku represiju jer su in vivo aktivni geni sastavljeni u velike tercijarne strukture hromatina.

Formiranje Postoji mnogo faktora koji utiču na to da li će se struktura solenoida formirati ili ne. Neki faktori mijenjaju strukturu vlakna od 30 nm, a neki sprječavaju da se on uopće formira u tom području.

Koncentracija iona, posebno divalentnih kationa utiče na strukturu 30 nm vlakna, zbog čega Finch i Klug nisu bili u stanju da formiraju solenoidne strukture u prisustvu helatnih agenasa.

Na površini proteinskih histona H2A i histona H2B postoji kiseli dio koji stupa u interakciju s repovima histonskih H4 proteina u susjednim nukleosomima. Ove interakcije su važne za formiranje solenoida. Varijante histona mogu uticati na formiranje solenoida, na primjer H2A.Z je histonska varijanta H2A, i ima kiseliji dio od onog na H2A, tako da bi H2A.Z imao jaču interakciju sa histonskim H4 repovima i vjerovatno doprinio formiranju solenoida.

Rep histona H4 neophodan je za formiranje 30 nm vlakana. Međutim, acetilacija jezgrara histonskih repova utiče na savijanje hromatina, destabilizirajući interakcije između DNK i nukleosoma, čineći modulaciju histona ključnim faktorom u strukturi solenoida. Acetilacija H4K16 (lizin koji je 16. aminokiselina N-terminala histona H4) inhibira formiranje vlakana od 30 nm.

Da bi se dekomprimiralo vlakno od 30 nm, naprimjer da bi se aktiviralo transkripcijski, potrebna je i acetilacija H4K16 i uklanjanje histonskih H1 proteina.

Daljnje pakovanje

Hromatin može formirati tercijarnu hromatinsku strukturu i biti zbijen čak i dalje od solenoidne strukture, formiranjem superspirala prečnika oko 700 nm. Ovaj superzavoj je formiran od regiona DNK koji se nazivaju regije pričvršćivanja skele/matrice (SMAR-i) koji se vežu za centralnu matricu skele u jedru stvarajući petlje solenoidnog hromatina duge između 4,5 i 112 kilobaznih parova. Sama centralna matrica skele formira spiralni oblik za dodatni sloj zbijanja.

Alternativni modeli thumb|Model solenoida (lijevo) i model upredene trake sa dva starta (desno) vlakna od 30 nm, koji prikazuje samo DNK.

Predloženo je nekoliko drugih modela i još uvijek postoji mnogo nesigurnosti oko strukture vlakna debljine 30 nm.

Čak i novija istraživanja daju oprečne informacije. Postoje podaci iz elektronskomikroskopskih mjerenja dimenzija vlakana od 30 nm koji imaju fizička ograničenja, što znače da se može modelirati samo sa spiralnom strukturom s jednim startom kao što je solenoidna struktura. To također pokazuje da tamo nema linearnog odnosa između dužine linkera DNK i dimenzija (umjesto toga postoje dvije različite klase). Postoje i podaci iz eksperimenata u kojima su nukleosomi umreženi, što pokazuje strukturu sa dva starta. Postoje dokazi koji sugeriraju da su i solenoidne i cik-cak (dvopočetne) strukture prisutne u vlaknima od 30 nm. Moguće je da struktura hromatina nije tako uređena kao što se mislilo, ili da vlakno od 30 nm možda čak i nije prisutno in situ.

Dvostartni model sa upredenom vrpcom

Model upredene vrpce s dva starta predložili su 1981. Worcel, Strogatz i Riley. Ova struktura uključuje naizmjenično slaganje nukleosoma, kako bi se formirale dvije paralelne spirale, pri čemu se linker DNK kreće cik-cak gore-dolje po zavojnoj osi.

Model unakrsnog povezivanja sa dva starta

Model unakrsnog povezivanja s dva starta predložili su Williams et al, 1986.. Ova struktura, poput modela upredene vrpce s dva početka, uključuje naizmjenično slaganje nukleosoma, kako bi se formirale dvije paralelne spirale, ali nukleosomi su na suprotnim stranama spirala s linkerima DNK koji prelazi preko centra spiralne ose.

Model superperli

Model superperle je predložio Renz 1977. Ova struktura nije spiralna kao drugi modeli, ona se umjesto toga sastoji od diskretnih globulastih struktura duž hromatina koje variraju po veličini.

Neki alternativni oblici pakovanja DNK

Hromatin u spermi sisara je najkondenziraniji oblik eukariotske DNK, pakiran je od protamina, a ne nukleosoma, dok prokarioti pakuju svoju DNK u superspiralu.

Reference

Vanjski linkovi Aaron Klug tells his life story at the Web of Stories: The Solenoid Model

Kategorija:Molekularna genetika Kategorija:DNK