Klíčový rozdíl – konstitutivní vs. fakultativní heterochromatin
Chromozomy jsou kondenzované struktury složené z deoxyribózových nukleových kyselin (DNA). Je to dobře organizovaná struktura a základní jednotkou obalu DNA je nukleozom. Balení DNA do chromozomu zahrnuje mnoho kroků. Když jsou chromozomy pozorovány pod mikroskopem po obarvení, mohou být pozorovány různé oblasti, jako jsou tmavě zbarvené oblasti a slabě zbarvené oblasti. Tmavě obarvené oblasti jsou známé jako heterochromatin a jsou to oblasti, které mají hustě zabalenou DNA. Lehce obarvené oblasti jsou známé jako euchromatin a jsou to oblasti, které mají volně zabalenou DNA. Heterochromatin lze dále klasifikovat jako konstitutivní heterochromatin a fakultativní heterochromatin. Konstitutivní heterochromatin označuje oblasti DNA v chromozomu nacházející se v průběhu buněčného cyklu. Nacházejí se hlavně v blízkosti pericentromerických oblastí a telomerických oblastí chromozomu. Fakultativní heterochromatin jsou oblasti DNA, ve kterých jsou geny umlčeny modifikacemi. Proto se aktivují pouze za určitých podmínek a nenacházejí se v celé buňce. Klíčovým rozdílem mezi konstitutivním a fakultativním heterochromatinem je funkčnost těchto dvou typů. Konstitutivní heterochromatin je přítomen v průběhu buněčného cyklu a nekóduje proteiny, zatímco fakultativní heterochromatin označuje umlčené oblasti DNA chromozomu, které jsou aktivovány za specifických podmínek.
Co je konstitutivní heterochromatin?
Konstitutivní heterochromatin označuje tmavě zbarvené kondenzované oblasti DNA, které se nacházejí v celém chromozomu eukaryot. Nacházejí se v pericentromerických a telomerních oblastech chromozomu. Konstitutivní heterochromatinové oblasti jsou vizualizovány pomocí techniky C páskování. Pod mikroskopem se zdá, že konstitutivní heterochromatin je hodně tmavě zbarvený.
Složení konstitutivního heterochromatinu je založeno hlavně na vysokém počtu kopií tandemových repetic. Tyto tandemové repetice mohou být satelitní DNA, minisatelitní DNA nebo mikrosatelitní DNA. Tyto oblasti jsou vysoce repetitivní a polymorfní. Proto se v současnosti používají jako markery v DNA otisků prstů a testování otcovství.
Hlavní funkce konstitutivního heterochromatinu je pozorována během procesu buněčného dělení, kde se předpokládá, že konstitutivní heterochromatin je nutný pro segregaci sesterských chromatid. Je také užitečný pro správné fungování a tvorbu centromery.
Přestože centromerická i telomerická DNA jsou složeny z konstitutivního heterochromatinu, centromerická ani telomerická DNA nejsou v celém genomu konzervovány. Centromerické sekvence nejsou u mnoha druhů konzervované, ale má se za to, že telomerické sekvence jsou více konzervované napříč druhy. Obě oblasti neobsahují geny, ale jsou důležité, protože hrají významnou strukturální roli.
Obrázek 01: Konstitutivní heterochromatin – C banding
Replikace konstitutivního heterochromatinu probíhá během pozdní S fáze. Modifikace histonů se provádějí za vzniku konstitutivního heterochromatinu, kde mezi nejčastější modifikace patří – hypoacetylace histonů, metylace histonů H3-Lys9 (H3K9) a methylace cytosinu. Tyto modifikace jsou tedy dědičné a spadají do širokého tématu epigenetiky. Genetické mutace mohou vést k defektům v konstitutivních heterochromatinových oblastech vedoucích k různým genetickým komplikacím (Robertův syndrom)
Co je fakultativní heterochromatin?
Fakultativní heterochromatinové oblasti jsou oblasti DNA, které se nenacházejí v celém chromozomu, a proto nejsou konzistentní mezi různými druhy. Tato DNA kóduje geny, které se špatně exprimují.
Fakultativní heterochromatiny jsou umlčené geny, které jsou exprimovány za specifických podmínek. Tyto podmínky zahrnují;
- Dočasné (např. vývojové stavy nebo specifické fáze buněčného cyklu)
- Prostorové (např. jaderná lokalizace se mění z centra na periferii nebo naopak v důsledku exogenních faktorů/signálů)
- Rodičovský/dědičný (např. exprese monoalelického genu)
Geny jsou umlčeny procesy modulace chromatinu. Klasickým příkladem fakultativní modifikace heterochromatinu je inaktivace chromozomu X u žen, kdy je inaktivována jedna sada chromozomu X, takže genetické složení chromozomu X u mužů a žen je vyvážené.
Obrázek 02: Heterochromatin
Fakultativní heterochromatin má vysokou možnost přeměny na euchromatinové oblasti; takže během techniky barvení C pruhy není fakultativní heterochromatin obarven tmavě ve srovnání s konstitutivním heterochromatinem.
Jaké jsou podobnosti mezi konstitutivním a fakultativním heterochromatinem?
- Typy konstitutivního i fakultativního heterochromatinu se skládají z oblastí DNA.
- Konstitutivní i fakultativní heterochromatinové typy jsou vysoce kondenzované oblasti DNA.
- Konstitutivní i fakultativní heterochromatinové typy lze rozlišit barvením C pruhy.
- Konstitutivní i fakultativní heterochromatinové typy jsou regulovány epigenetickými faktory.
Jaký je rozdíl mezi konstitutivním a fakultativním heterochromatinem?
Konstitutivní vs. fakultativní heterochromatin |
|
| Konstitutivní heterochromatin označuje oblasti DNA v chromozomu nacházející se v průběhu buněčného cyklu. | Fakultativní heterochromatin jsou oblasti DNA, ve kterých jsou geny umlčeny modifikacemi. Proto se aktivují pouze za určitých podmínek a nenacházejí se v celé buňce. |
| Typy sekvencí | |
| Satelitní, minisatelitní a mikrosatelitní sekvence jsou typy konstitutivního heterochromatinu. | Dlouhé rozptýlené jaderné prvky jsou typem fakultativního heterochromatinu. |
| Schopnost vyjádřit | |
| Konstitutivní heterochromatin není schopen exprimovat geny. | Je možné vyjádřit fakultativní heterochromatin. |
| Barvení pruhů C | |
| Konstitutivní heterochromatinové pásy se barví v tmavé barvě. | Fakultativní heterochromatinové proužky se nebarví/nebarví světlou barvou. |
| Polymorfismy | |
| Přítomný mezi konstitutivním heterochromatinem. | Nepřítomnost ve fakultativním heterochromatinu. |
Shrnutí – konstitutivní vs. fakultativní heterochromatin
Heterochromatin a euchromatin jsou dva hlavní pruhové vzory pozorované při barvení C pruhem. Heterochromatin vypadá tmavě zbarvený, protože jsou vysoce kondenzované. Konstitutivní a fakultativní heterochromatinové oblasti jsou hlavní dělení heterochromatinu. Konzistentní oblasti nacházející se v průběhu buněčného cyklu, které jsou strukturně důležité, se označují jako konstitutivní heterochromatin. Umlčené oblasti DNA, které se nakonec převedou na oblasti euchromatinu, se označují jako fakultativní heterochromatin. Vyjadřují se pouze za určitých podmínek. Toto je rozdíl mezi konstitutivním a fakultativním heterochromatinem.
