כרומטין

כרומטין הוא החומר ממנו מורכבים הכרומוזומים. זהו קומפלקס של DNA וחלבונים מסביב שיכולים לדחוס את החומר הגנטי. הפרעות במבנה הכרומטין עלולות להוביל למחלות קשות.

מה זה כרומטין?

הכרומטין הוא תערובת של DNA, היסטונים וחלבונים אחרים הקשורים ל- DNA. מתוכו נוצר מתחם חלבון DNA, שהמרכיבים העיקריים שבהם הם DNA והיסטונים. השם כרומטין נובע מאי-צבעו של צבעו של קומפלקס זה עם צבעים גרעיניים בסיסיים. כל האוקריוטות מכילות כרומטין.

בפרוקריוטות, מולקולות ה- DNA הן בעיקר חופשיות ויוצרות מבנה טבעתי. אצל היצורים האוקריוטים הגבוהים יותר, הכרומטין הוא הבסיס לכרומוזומים. מתחם חלבון ה- DNA יכול לדחוס עד כדי כך שניתן לאחסן הרבה מידע גנטי בחלל קטן בגרעין התא. היסטונים הם מולקולות חלבון ותיקות מאוד שהרכבם הגנטי והמבנה שלהם נותרו כמעט ללא שינוי מאורגניזמים אוקולוטיים תאיים לבני אדם.

אנטומיה ומבנה

כאמור, הכרומטין מורכב מ- DNA, היסטונים וחלבונים אחרים. כחלק ממתחם זה, מולקולת ה- DNA עטופה סביב חבילת היסטונים המורכבת משמונה היסטונים. היסטונים הם חלבונים המורכבים מחומצות אמינו בסיסיות רבות.

קבוצות האמינו מייצרות מטען חיובי ואילו למולקולות ה- DNA מטען חיצוני שלילי. זוהי הדרישה הבסיסית ליצירת קומפלקס מוצק מ- DNA והיסטונים. מה שמכונה היסטון אוקטמר (8 היסטונים) נעטף פי 1.65 על ידי גדיל הכפול של ה- DNA. דה מתאים לאורך שרשרת של 146 זוגות בסיס. כתוצאה מכך ניתן לכווץ את ה- DNA 10,000 עד 50,000 פעמים. זה הכרחי כדי שהוא ישלב בגרעין התא. יחידה של אוקטמר עטוף היסטון ידועה גם כגרעין. הגרעינים האישיים קשורים זה בזה באמצעות היסטונים מקשרים. בדרך זו נוצרת שרשרת נוקלאוזומים, שכסיב 30 ננומטר מייצגים יחידה ארגונית גבוהה יותר של ה- DNA.

אפילו בתוך האריזה ההדוקה, עדיין ניתן להגיע אל ה- DNA באמצעות מולקולות חלבון רגולטוריות המאפשרות לקרוא את המידע הגנטי ולהעביר אותו לחלבונים. עם זאת, עדיין יש לעשות הבחנה בין אוקראומטין להטרוכרומטין. עם אוקראומטין ה- DNA פעיל. כמעט כל הגנים הפעילים המקודדים ומבטאים חלבונים נמצאים כאן. אין הבדלים מבניים באזור האיכרומטין, ללא קשר למצב העיבוי של הכרומוזום בהתאמה. ההתרוכרומטין מכיל מתחמי חלבון DNA שאינם פעילים או פחות פעילים.

זה אחראי לתכונות המבניות של הכרומטין הכולל. ההטרוכרומטין, בתורו, ניתן לחלק לשתי צורות. אז יש הטרוכרומטטין מכונן ופקולטטיבי. הטרוכרומטין קונסטיטיבי לעולם אינו בא לידי ביטוי. יש לו רק פונקציות מבניות. לעיתים ניתן לבטא את ההטרוכרומטין האופציונלי. בשלבים השונים של מיטוזה ומיוזה, רמות אריזה שונות של כרומטין מופיעות. מה שנקרא כרומטין בין-שלבי מראה על התרופפות חזקה מאוד בהשוואה לכרומטין המטאפזי, מכיוון שרוב החלבונים באים לידי ביטוי במצב זה.

פונקציה ומשימות

תפקידו של הכרומטין הוא להכיל את המידע הגנטי בחלל הקטן מאוד של גרעין התא. הדבר אפשרי רק באמצעות היווצרות קומפלקס DNA-חלבון מאוד צפוף. עם זאת, יש צורך כי ישנן רמות שונות של עיבוי. בעוד שהמתחם ארוז בצורה הדוקה מאוד בשלב שקט ולא פעיל, עליו להיות רגוע יותר בשלבים פעילים יותר. אבל גם כאן החבילה עדיין צמודה מאוד.

כדי להפעיל סינתזת חלבון, יש לשבור את הקשר החזק בין מקטעי ה- DNA המתאים להיסטון העטוף. ההיסטונים הקושרים חוסמים את ה- DNA מביטוי חלבונים. מצבים מחייבים שונים יכולים גם ליצור פעילויות שונות של הגנים. התאים נבדלים במהלך תהליכים אפיגנטיים. המידע הגנטי של ה- DNA זהה בתאי הגוף השונים, אך הפעילויות במהלך ביטוי הגנים שונות, כך שסוגי התאים השונים מקבלים גם מטלות שונות.

מחלות

שגיאות במבנה הכרומטין עלולות להוביל למחלות קשות. טעויות אלה יכולות לגרום לשינויים בפעילות הגנים, המפריעים להרמוניה באינטראקציה של תאי הגוף. לרוב מדובר במחלות נדירות ביותר עם תסמינים דומים מאוד.

האנשים שנפגעו סובלים ממומים גופניים ומגבלות נפשיות. המנגנונים הגורמים לתסמינים אלה עדיין ידועים מעט מדי. עם זאת, מחקר על קשרים אלה נחוץ על מנת להיות מסוגלים לטפל במחלות אלו בצורה הטובה ביותר. שתי מחלות טיפוסיות המבוססות על הפרעות כרומטין הן תסמונת הארון-סיריס ותסמונת ניקוליידס-באריצר. שתי המחלות הן גנטיות. בתסמונת קופין-סיריס, מופיעים היפופלזיה מולדת של עצמות האצבע והבוהן, קומה קצרה ופיגור שכלי. ישנן מוטציות שונות המפעילות מחלה זו, האחראיות לתת-יחידות מסוימות של מתחם חלבון ה- DNA.

ישנן דפוסי ירושה אוטוזומאליים ורססיביים כאוטומוסליים. הטיפול הוא סימפטומטי ותלוי בתסמינים הספציפיים של המחלה. לתסמונת ניקולאידס-באריצר יש גם תסמינים דומים. בנוסף לקומה קצרה ומומים באצבעות, מופיעים גם פיגור שכלי קשה והתקפים. ירושה היא אוטוזומלית דומיננטית. המצב נדיר מאוד, ומשפיע על אחד מכל מיליון אנשים. מצב תורשתי נדיר נוסף הקשור בהפרעת כרומטין הוא תסמונת קורנליה דה לנגה. תסמונת זו מציגה גם מומים גופניים והפרעות התפתחות נפשית.