Eukariotski kromosom

Eukarioti imaju jedan ili više setova linearnih homolognih kromosoma u jezgri stanice, najčešće su to dva seta (2n). Jedan set čini određeni broj različitih kromosoma.

Jedan kromosom obično ima nekoliko stotina do nekoliko tisuća različitih gena. Eukariotski gen građen je od eksona (kodirajuće sekvencije) i introna (nekodirajuće intervenirajuće sekvencije). Veličina introna varira od 100 pb do više od 10.000 pb. Što je duži intron duži je i gen.

Svaki jednostruki eukariotski kromosom čini jedna dvolančana molekula DNA i proteini (histonski i nehistonski). Kompleks DNA i proteina nazivamo kromatin (nukleoprotein). Kromatin pod elektronskim mikroskopom izgleda poput povezanih kuglica (engl. beads on a string) koje nazivamo nukleosomima. Osnovna građevna jedinica kromatina je nukleosom, a čini ga dvolančana DNA (dužine 147 pb) omotana oko histonskog oktamera (slike 14.1. i 14.2.). Histonski oktamer je struktura građena od 4 različita histona, H2A, H2B, H3 i H4, a svaki je zastupljen dva puta, tako da nastanu dvije različite vrste tetramera: (H2A)_{2 *} (H2B)₂ i (H3)_{2 *} (H4)₂. Histoni su bazični proteini bogati pozitivno nabijenim aminokiselinama lizinom i argininom (tablica 14.1.) što im omogućava vezanje za negativno nabijenu molekulu DNA (fosfatne grupe nukleotida). Nukleosomi su međusobno povezani golom dvolančanom DNA – tzv. vezujuća (engl. linker)-DNA (50-75 pb). Histon H1 je povezan s vezujućom-DNA koja ulazi i izlazi iz nukleosoma (slika 14.1.).

Tablica 14.1. Sadržaj lizina i arginina u histonskim proteinima

Nukleosomi čine prvu razinu pakiranja molekule DNA u eukariotski kromosom. Budući da je promjer nukleosoma samo 11 nm (1 nm = 10^-9 m), a metafazni kromosom ima promjer od 700 nm (jednostruki kromosom) odnosno 1400 nm (dvostruki kromosom), postoji nekoliko razina pakiranja kromosoma (slika 14.3.). Nukleosomi uz pomoć histona H1 formiraju 30-nm kromatinsko vlakno naziva solenoidno vlakno sa brojnim domenama koje stvaraju petlje te slijedi daljnja kondenzacija (zapetljavanje) u kromatinsko vlakno promjera 300-nm. Takvo namotano kromatinsko vlakno se dalje kondenzira u metafazni kromosom čiji je promjer 700 nm (jedna kromatida) odnosno 1400 nm (dvostruki kromosom) (slika 14.3.).

Kada bi se histoni uklonili iz kromosoma ostala bi proteinska struktura koja izgleda poput skele (engl. scaffold). Tu strukturu izgrađuju nehistonski proteini. Neki od njih imaju strukturnu ulogu, a ostali sudjeluju u replikaciji, popravku DNA i transkripciji. Nehistonski proteini predstavljaju grupu od oko 1000 različitih proteina prisutnih u vrlo malim količinama u stanici. Velika je varijabilnost nehistonskih proteina između organizama te između različitih vrsta stanica u istom organizmu. Nehistonski proteini sudjeluju u višem stupnju organizacije kromatina pa imaju važnu ulogu u regulaciji genske ekspresije.

Tehnike pruganja (engl. banding) kromosoma omogućile su razlikovanje dvije vrste kromatina u jezgri eukariotske stanice (Tablica 14.2.): eukromatin i heterokromatin. Eukromatin je transkripcijski aktivan kromatin (koji čine jedinstveni geni), a heterokromatin čine kondenzirane regije kromatina koje najčešće nisu transkripcijski aktivne. Heterokromatin dijelimo na konstitutivni i fakultativni heterokromatin. Konstitutivni heterokromatin nalazimo na istim mjestima svakog homolognog para kromosoma, i to u području centromere i duž krakova kromosoma. Fakultativni heterokromatin je inaktivirani X-kromosom ili spolni kromatin naziva Barrovo tjelešce. Kod ženki sisavaca jedan od dva X-kromosoma inaktivira se rano u embriogenezi procesom heterokromatinizacije (vidi poglavlje 7.).

Uvid u kromosomsku strukturu omogućile su tehnike kromosomskog pruganja koje su pokazale karakteristične modele obojanosti za svaki metafazni kromosom:

Tehnike fluorescencijskog pruganja kromosoma počele su se koristiti 1970.-tih godina prošloga stoljeća kada započinje upotreba fluorokroma. Svaka fluorescencijska pruga na kromosomu se zasniva na specifičnosti vezanja određenoga fluorokroma za AT ili GC parove baza u molekuli DNA.

Primjerice fluorokromi DAPI (4’-6-diamidino-2-fenilindol), DIPI i Hoechst koriste se za bojanje DNA bogate AT- parovima baza dok se Kromomicin A3 (CMA), Distamicin i Aktinomicin koriste za bojanje DNA bogate GC- parovima baza. Metode fluorescencijskog pruganja omogućavaju  detekciju vrlo malih kriptičkih strukturnih aberacija što je vrlo važno za razumijevanje kongenitalnih i stečenih abnormalnosti, te kromosomskih rearanžmana u tumorima ljudi.

Metodom Fluorescencijske hibridizacije in situ, FISH (engl. fluorescent in situ hybridization) moguće je identificirati različite sekvencije DNA na kromosomima korištenjem molekularnih proba obilježenih fluorescencijskom bojom (slika 14.4.).

Tablica 14.2. Vrste kromatina i tehnike koje omogućuju njihovu detekciju u eukariotskim stanicama.