cromatina è il materiale di cui sono composti i cromosomi. È un complesso di DNA e proteine circostanti che possono comprimere il materiale genetico. I disturbi nella struttura della cromatina possono portare a malattie gravi.
Cos'è la cromatina?
La cromatina è una miscela di DNA, istoni e altre proteine legate al DNA. Da questo si forma un complesso DNA-proteina, i cui componenti principali sono però DNA e istoni. Il nome cromatina deriva dalla decolorabilità di questo complesso con coloranti nucleari di base. Tutti gli eucarioti contengono cromatina.
Nei procarioti, le molecole di DNA sono principalmente libere e formano una struttura ad anello. Nelle creature eucariotiche superiori, la cromatina è la base dei cromosomi. Il complesso DNA-proteina può comprimere così tanto che molte informazioni genetiche possono essere immagazzinate in un piccolo spazio nel nucleo cellulare. Gli istoni sono molecole proteiche molto antiche la cui struttura e composizione genetica sono rimaste pressoché invariate dagli organismi eucarioti unicellulari agli esseri umani.
Anatomia e struttura
Come già accennato, la cromatina è composta da DNA, istoni e altre proteine. Come parte di questo complesso, la molecola di DNA è avvolta attorno a un pacchetto di istoni composto da otto istoni. Gli istoni sono proteine costituite da molti amminoacidi di base.
I gruppi amminici generano una carica positiva, mentre le molecole di DNA hanno una carica esterna negativa. Questo è il requisito fondamentale per la formazione di un complesso solido da DNA e istoni. Il cosiddetto istone ottamero (8 istoni) è avvolto circa 1,65 volte dal doppio filamento del DNA. Da corrisponde a una lunghezza della catena di 146 paia di basi. Di conseguenza, il DNA può essere ridotto da 10.000 a 50.000 volte. Questo è necessario affinché si adatti al nucleo cellulare. Un'unità di un ottamero istonico avvolto è anche noto come nucleosoma. I singoli nucleosomi sono a loro volta collegati tra loro tramite istoni linker. In questo modo si forma una catena di nucleosomi, che in quanto fibra da 30 nm rappresentano un'unità organizzativa superiore del DNA.
Anche all'interno dello stretto imballaggio, il DNA può ancora essere raggiunto da molecole proteiche regolatrici che consentono di leggere le informazioni genetiche e trasferirle alle proteine. Tuttavia, deve ancora essere fatta una distinzione tra eucromatina ed eterocromatina. Con l'eucromatina, il DNA è attivo. Quasi tutti i geni attivi che codificano ed esprimono le proteine si trovano qui. Non ci sono differenze strutturali nell'area dell'eucromatina, indipendentemente dallo stato di condensazione del rispettivo cromosoma. L'eterocromatina contiene complessi di proteine del DNA inattivi o meno attivi.
È responsabile delle proprietà strutturali della cromatina totale. L'eterocromatina, a sua volta, può essere divisa in due forme. Quindi c'è eterocromatina costitutiva e facoltativa. L'eterocromatina costitutiva non è mai espressa. Ha solo funzioni strutturali. L'eterocromatina facoltativa può talvolta essere espressa. Nelle diverse fasi della mitosi e della meiosi emergono diversi livelli di impaccamento della cromatina. La cosiddetta cromatina interfase mostra un allentamento molto forte rispetto alla cromatina metafase, poiché la maggior parte delle proteine sono espresse in questo stato.
Funzione e compiti
La funzione della cromatina è quella di accogliere l'informazione genetica nello spazio molto piccolo del nucleo cellulare. Ciò è possibile solo attraverso la formazione di un complesso DNA-proteina molto compatto. Tuttavia, è necessario che ci siano diversi livelli di condensa. Mentre il complesso è molto compatto in una fase tranquilla e inattiva, deve essere più rilassato nelle fasi più attive. Ma anche qui il branco è ancora molto stretto.
Per attivare la sintesi proteica, il forte legame tra i segmenti di DNA corrispondenti e l'istone avvolto deve essere rotto. Gli istoni legati impediscono al DNA di esprimere le proteine. Diversi stati di legame possono anche generare diverse attività dei geni. Le cellule si differenziano nel corso dei processi epigenetici. L'informazione genetica del DNA è la stessa nelle diverse cellule del corpo, ma le attività durante l'espressione genica sono diverse, in modo che anche i diversi tipi di cellule assumano compiti diversi.
Malattie
Gli errori nella struttura della cromatina possono portare a gravi malattie. Questi errori possono provocare cambiamenti nell'attività genica, che disturbano l'armonia nell'interazione delle cellule del corpo. Queste sono spesso malattie molto rare con sintomi molto simili.
Le persone colpite soffrono di malformazioni fisiche e disabilità mentali. I meccanismi che causano questi sintomi sono ancora troppo poco conosciuti. Tuttavia, la ricerca su queste relazioni è necessaria per essere in grado di trattare queste malattie nel miglior modo possibile. Due malattie tipiche che si basano sui disturbi della cromatina sono la sindrome di Coffin-Siris e la sindrome di Nicolaides-Baraitser. Entrambe le malattie sono genetiche. Nella sindrome di Coffin-Siris si verificano ipoplasia congenita delle ossa delle dita delle mani e dei piedi, bassa statura e ritardo mentale. Ci sono varie mutazioni che innescano questa malattia, che sono responsabili di alcune subunità del complesso DNA-proteina.
Esistono modelli di ereditarietà autosomica recessiva e autosomica dominante. Il trattamento è sintomatico e dipende dai sintomi specifici della malattia. Anche la sindrome di Nicolaides-Baraitser ha sintomi simili. Oltre alla bassa statura e alla malformazione delle dita, qui si verificano anche gravi ritardi mentali e convulsioni. L'ereditarietà è autosomica dominante. La condizione è molto rara e colpisce una persona su un milione. Un'altra rara condizione ereditaria associata al disturbo della cromatina è la sindrome di Cornelia de Lange. Questa sindrome mostra anche molte malformazioni fisiche e disturbi dello sviluppo mentale.
