ユークロマチン

ユークロマチン（「オープンクロマチン」とも呼ばれる）は、遺伝子が豊富に含まれ、多くの場合（常にではないが）、活発に転写されているクロマチン（DNA、RNA、タンパク質）が軽く詰まった形態である。ユークロマチンは、密に詰まっていて転写されにくいヘテロクロマチンとは対照的である。ヒトゲノムの92％はユークロマチンである。^[1]

真核生物では、ユークロマチンは細胞核内のゲノムの最も活発な部分を構成します。原核生物では、ユークロマチンは存在する唯一のクロマチンの形態です。これは、ヘテロクロマチン構造が核とともに後から進化したことを示しており、おそらくゲノムサイズの増大に対処するためのメカニズムとして進化したと考えられます。

構造

ユークロマチンは、直径約 11 nm の、糸に通したビーズのようなヌクレオソームと呼ばれる繰り返しサブユニットで構成されています。 ^[2]これらのヌクレオソームの中心には、4 つのヒストンタンパク質ペア、H3、H4、H2A、H2Bがあります。^[2]各コアヒストンタンパク質は「テール」構造を持ち、さまざまな方法で変化します。これらの変化は、さまざまなメチル化およびアセチル化状態を介して「マスター制御スイッチ」として機能し、クロマチンの全体的な配置を決定すると考えられています。^[2]約 147 塩基対のDNA がヒストンオクタマーに巻き付いています。これは、らせんの 2 回転弱に相当します。 ^[3]鎖に沿ったヌクレオソームは、ヒストンH1、^[4]および約 0～80 塩基対の短いオープンリンカー DNAスペースを介して互いに結合しています。ユークロマチンとヘテロクロマチンの構造の主な違いは、ユークロマチンのヌクレオソームの間隔がはるかに広く、さまざまなタンパク質複合体がDNA鎖にアクセスしやすくなり、遺伝子転写が増加することです。^[2]

外観

ユークロマチンは、高倍率で見ると、糸に繋がれたビーズの集まりのように見えます。^[2]遠くから見ると、一部の電子顕微鏡画像のように、絡み合った糸の玉のように見えることがあります。^{[5]光学顕微鏡と電子顕微鏡の両方の可視化において、ユークロマチンは、}核内にも存在し、暗く見えるヘテロクロマチンよりも明るい色で表示されます^[6]これは、ユークロマチンの構造があまりコンパクトではないためです。^[5]染色体を、例えば核像で視覚化する場合、染色体を染色するために細胞遺伝学的バンドが使用されます。細胞遺伝学的バンドにより、染色体のどの部分がユークロマチンまたはヘテロクロマチンで構成されているかを確認して、染色体のサブセクション、不規則性、または再配置を区別することができます。^[7]その一例が、ユークロマチンがヘテロクロマチンよりも明るく見えるGバンド、別名ギムザ染色です。 ^[8]

関数

転写

ユークロマチンは、 DNAから mRNA産物への活発な転写に関与しています。折り畳まれていない構造により、遺伝子調節タンパク質とRNAポリメラーゼ複合体がDNA配列に結合し、転写プロセスを開始することができます。^[2]ユークロマチンは転写活性ドメインと非活性ドメインに分かれているため、必ずしもすべてのユークロマチンが転写されるわけではありませんが、^[13]ユークロマチンは一般的に活発な遺伝子転写に関連付けられています。したがって、細胞の生産活性と核内のユークロマチンの量には直接的な関係があります。

細胞は、遺伝子発現と複製を制御する方法として、ユークロマチンからヘテロクロマチンへの変換を利用していると考えられています。これは、そのようなプロセスが密集したクロマチン上で異なる動作をするためです。これは「アクセシビリティ仮説」として知られています。^[14]「常にオン」になっている構成的ユークロマチンの一例は、細胞生存の基本的な機能に必要なタンパク質をコードするハウスキーピング遺伝子です。 ^[15]

エピジェネティクス

エピジェネティクスは、 DNA配列を変えることなく遺伝できる表現型の変化を伴う。これは、多くの種類の環境相互作用を通じて起こり得る。 ^[16]ユークロマチンに関しては、ヒストンの翻訳後修飾がクロマチンの構造を変え、DNAを変えることなく遺伝子発現を変えることができる。^[17]さらに、ヘテロクロマチンの喪失とユークロマチンの増加は、特に早期老化に似ていることが知られている疾患において、加速した老化プロセスと相関することが示されている。^[18]研究では、ヒストン上にいくつかの追加の疾患のエピジェネティックマーカーが示されている。^[19]^[20]

規制

ユークロマチンは主に、多くのヒストン修飾酵素によって行われるヌクレオソームのヒストンへの翻訳後修飾によって制御されています。これらの修飾は、ヌクレオソーム構造から突出しているヒストンのN末端テールで発生し、酵素をリクルートしてクロマチンを開いた形（ユークロマチン）または閉じた形（ヘテロクロマチン）に保つと考えられています。^[21]たとえば、ヒストンのアセチル化は、通常、ユークロマチン構造と関連していますが、ヒストンのメチル化はヘテロクロマチンのリモデリングを促進します。^[22]アセチル化により、ヒストングループはより負に帯電し、DNA鎖との相互作用を妨げ、本質的に鎖を「開いて」アクセスしやすくします。^[21]アセチル化はヒストンのN末端テールの複数のリジン残基や同じヌクレオソームの異なるヒストンで起こる可能性があり、これにより転写因子のDNAアクセシビリティがさらに向上すると考えられています。^[21]

ヒストンのリン酸化は、ユークロマチンを制御するもう1つの方法です。^[21]これはヒストンのN末端で起こる傾向がありますが、コアにもいくつか存在します。^{[21]リン酸化は}キナーゼとホスファターゼによって制御され、それぞれリン酸基を追加または削除します。これは、ユークロマチンに存在するセリン、スレオニン、またはチロシン残基で発生する可能性があります。^[21]^[22]構造に追加されたリン酸基は負電荷を組み込むため、アセチル化と同様に、よりリラックスした「オープン」フォームを促進します。^[22]機能に関しては、ヒストンのリン酸化は遺伝子発現、DNA損傷修復、およびクロマチンリモデリングに関与しています。^[22]

負電荷を組み込んで「開いた」形態を優先する別の制御方法は、ADPリボシル化である。^[22]このプロセスは、ヒストンに1つ以上のADPリボースユニットを追加し、 DNA損傷応答経路に関与する。^[22]

参照

参考文献

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さらに読む

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