Δομή της Χρωματίνης

Abstract

Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο περνάμε από τη μελέτη των χαρακτηριστικών των γονιδιωματικών αλληλουχιών στο πρωτοταγές επίπεδο της γραμμικής διαδοχής των καταλοίπων τους, σε αυτό της τρισδιάστατης δομής τους. Το ενοποιητικό βιολογικό πρόβλημα του κεφαλαίου βασίζεται στο ερώτημα της σχέσης αλληλουχίας-δομής των γονιδιωματικών αλληλουχιών. Παρά το γεγονός ότι οι αλληλουχίες DNA δεν έχουν τους δομικούς περιορισμούς που εμφανίζουν οι πρωτεΐνες ή το RNA, η διαμόρφωσή τους στον χώρο παίζει καταλυτικό ρόλο σε μια σειρά από βιολογικά φαινόμενα — από την αλληλεπίδρασή τους με πρωτεΐνες και τη ρύθμιση της μεταγραφής γονιδίων, έως τη συμπύκνωση της χρωματίνης και την οργάνωση δομικών χρωμοσωμικών υπομονάδων. Μέσα από το πρίσμα φαινομένων διαφορετικής κλίμακας, συζητούμε τη δομή του δίκλωνου DNA και της χρωματίνης σε διάφορες τάξεις μεγέθους. Ξεκινώντας από τη μικρή κλίμακα, εξετάζουμε πώς η πρωτοταγής αλληλουχία του DNA οδηγεί σε διαφορετικές δομικές διαμορφώσεις στην κλίμακα μερικών δεκάδων νουκλεοτιδίων και πώς οι συγκεκριμένες διαμορφώσεις επηρεάζουν τη συγγένεια των αλληλουχιών με μεταγραφικούς παράγοντες και δομικές πρωτεΐνες όπως οι ιστόνες. Στη συνέχεια, εξετάζουμε τις προτιμήσεις οργάνωσης σε επίπεδο χρωματίνης σε μεγαλύτερες κλίμακες και παρατηρούμε πώς η διευθέτηση των δομικών στοιχείων καθορίζει ανώτερες λειτουργίες σε κυτταρικό επίπεδο. Τέλος, παρουσιάζουμε νέες πειραματικές μεθοδολογίες για τη μελέτη της οργάνωσης σε χρωμοσωμικό επίπεδο και δείχνουμε πώς η ανάλυση του μεγάλου όγκου δεδομένων που προκύπτει από αυτές οδηγεί σε βαθύτερη κατανόηση της συνολικής γονιδιωματικής αρχιτεκτονικής. Στο τέλος του κεφαλαίου είστε σε θέση: Να καταλαβαίνετε γιατί το DNA αποκτά διαμόρφωση διπλής έλικας. Να περιγράφετε τα βασικά στοιχεία της πρωτοταγούς αλληλουχίας που παίζουν ρόλο στη διαμόρφωση της διπλής έλικας σε τοπικό επίπεδο.

In this chapter, we move from studying the characteristics of genomic sequences at the primary level of the linear succession of their residues to examining their structure in three dimensions. The unifying biological problem of this chapter is based on the question of the sequence–structure relationship of genomic sequences. Despite the fact that DNA sequences do not have the structural constraints that proteins or RNA have, their spatial configuration plays a catalytic role in a number of biological phenomena — from their interaction with proteins and the regulation of gene transcription to chromatin condensation and the organization of structural chromosomal subunits. In light of such a diverse range of phenomena, the structure of double-stranded DNA and chromatin is discussed at different orders of magnitude. Starting from the small scale, we discuss how the primary sequence of DNA can lead to different structural configurations on the scale of a few dozen nucleotides, and how these specific configurations affect the affinity of sequences for transcription factors and structural proteins such as histones. We then examine organization preferences at the chromatin level on larger scales and observe how the arrangement of structural elements determines higher-level functions at the cellular level. Finally, we present new experimental methodologies for studying organization at the chromosomal level and show how the analysis of the large volume of data resulting from these methodologies leads to a deeper understanding of the overall genomic architecture. By the end of this chapter, you: Understand why DNA adopts a double helix configuration. Describe the basic elements of the primary sequence that play a role in the formation of the double helix at the local level.