kromatinállapot A kromatin kétféle állapotban, lazult (laza kromatin) és tömörödött formában van jelen a nyugalmi sejtmagban. Az utóbbinak is két formáját, az állandóan tömörödött (constitutive heterochromatin) és az időszakosan tömörödött (facultative heterochromatin) kromatint különböztetjük meg. A kettő között lényegi különbség van: az állandóan tömörödöttben nincsenek, az időszakosan tömörödöttekben vannak gének, csak némítva.

A lazult forma nemzetközi elnevezése euchromatin, a tömörödötté heterochromatin. Ezt a hazai nevezettár is átvette magyarosan írva: eukromatin és heterokromatin formában. A heterochromatin elnevezés megtévesztő: arra utal, hogy valami más molekula is van benne, noha nincs. Az eu- előtag jelentése ’jól, könnyen’; ellentéte a dys- előtag. Ennek tükrében az euchromatin a jó kromatin. Akkor a heterochromatin a rossz kromatin, ami nem igaz, hiszen igen jelentős szerepe van a sejt működésében. A fentiek miatt a laza kromatin és a tömörödött kromatin elnevezés kifejezőbb, megfelelőbb. Mivel az állandóan és időszakosan tömörödött kromatin között lényegi különbség van: célszerű külön névvel illetni őket. Az állandóan tömörített kromatinnak tömör kromatin*, az időszakosan tömörödöttnek tömörödő kromatin* lehet a neve.

■ A laza kromatin a tevékeny kromatin. Génszerkezeteket tartalmaz, és lehetővé teszi azok átíródását: a laza szerkezete következtében az átírásfehérjék, enzimek, RNS-ek hozzáférnek a DNS-hez. Jellegzetes a hisztonvégek (histone tails) acetilezett állapota. A magtestecsek egyvonalban sorakoznak, gyöngyfüzér alakzatban vannak; a köztük lévő távolság viszonylag nagy, miként az összekötő DNS is, több a hozzáférhető hely.

A laza kromatin a kromatinállomány ~90%-át teszi ki, főleg a sejtmag belsejében helyezkedik el. A tevékeny sejtmagokban sok a laza kromatin, és mivel helyigényes, hiszen kevésbé tömörített, a sejtmagok nagyobbak. A laza kromatin a sejtosztódás korai S-szakaszában másolódik.

■ Tömörödött kromatin a kromatin tétlen formája abban az értelemben, hogy nincs benne génátírás. A kétféle tömörödött kromatin, a tömör és a tömörödő kromatin szerkezete és jelentősége is eltérő.

▪ Tömör kromatin olyan kromoszómarész, amelyik minden sejtben jelen van, kizárólag tömörödött formában; ismétletekből és ugrálatokból tevődik össze, nem íródik át. A kromoszómák alapvető rögzítő szerkezeti eleme, a befűződések és a végrészek körüli DNS-t alkotja. Jellemzi a sokalakúság, és hogy C-sávot tartalmaz. Bizonyos sejtekben sajátos helyzetű. A nyugalmi sejtmagban összenyomott, sötéten festődő szemcsék formájában látható.

▪ Tömörödő kromatin olyan tömörödött kromatin, amelyikben nincs megnyilvánuló átíródás, de külső hatásokra átmenetileg átalakulhat laza kromatinná, és átíródhat. Jellemzően hosszú elszórt ugrálatokat tartalmaz, és vannak benne gének is, de nincs C-sáv. Meglehetősen egyforma, de változékony szerkezetű, nem sokalakú. A néma X-kromoszómát ez alkotja. Feltételezhető, hogy a sejtfejlődés folyamán azok a gének, amelyek az elődsejtekben tevékenyek, de az érett sejt működésében már szükségtelenek, tömörödő kromatin képződésével némulnak el.

A tömörödött kromatinban kevés az acetilezett hiszton, viszont sok a 9-es lizinen két-háromszorosan metilezett H3 (H3K9me2/3), amelyekhez rendre a tömörödött kromatinfehérjék, például a HP1 (heterochromatin protein 1) kapcsolódik, amely más fehérjéket toboroz, és hidat képezve a magtestecsek között, tömöríti őket. A tömörített kromatinban a magtestecsek szorosan vannak egymás mellett, rövid az összekötő DNS, és a magtestecssorok sokszorosan hajtódva helyezkednek el, egyre vastagabb szálakat képezve.

Ez a kromatin a késői S-szakaszban másolódik, a számcsökkentő sejtosztódásban nem rendeződik át. Sajátos tulajdonsága, hogy átterjed a szomszédos részekre is, ha a körülmények úgy hozzák. Például, ha a laza kromatin valamely tevékeny génje áthelyeződik a tömörödött kromatinba vagy közeli részbe, tétlenné válhat, nem íródik át. Ezt nevezik áttevődéses helyzethatásnak* (position effect variegation, PEV).

Lévén tömörített, a tömörödött kromatin kisebb helyen elfér, ezért azok a sejtmagok, amelyekben a kromatin zöme tömörödött, rendszerint kicsik, zsugorodottak (picnotic nuclei). A kevésbé zsugorodott magokban a tömörödött kromatin szemcsék formájában látható. A kromoszómák kromatinná visszaalakulásakor keletkezik („kromoszóma-maradványok”), vagyis a sejtosztódás származékai.

A laza és a tömörödött kromatin szerkezet alapvetően csak a magtestecsek számában tér el; az utóbbiban sokkal sűrűbben vannak. Mindkettő változékony szerkezet. Vegyi tulajdonságaik azonban eltérnek: a tömörödött kromatin erősebben festődik, több elektront tömörít (elektronmikrográfia), ellenállóbb a DNS-t oldó molekuláknak.

kromatinállapot szabályozása Három eleme van: a hisztonmag-módosítás, a H1-változás és a DNS állapota.

■ A hisztonmag módosítása:

● Egyrészt hatócsoportoknak (acetilezés, metilezés stb.) a hisztonok N-végeihez (histone tail, hisztonfarok) való kapcsolódással valósul meg. Ez a hisztonmagot módosító enzimek (hisztonmódosítók) közreműködésével jön létre. A hisztonmaghoz sokféle hatócsoport kötődhet:

▪ A legjelentősebb a hisztanmag, főleg a H3 és H4 N-végi lizin oldalláncainak acetilezése és metilezése.

- A hisztonok N-végi acetilezése lazítja és tevősíti a kromatint, akadályozza a kromatin tömörödést. Az N-végi acetilezés amidkötés létrehozásával csökkenti a lizinek pozitív töltését, gyengül a hisztonmag és a negatív töltésű DNS közötti töltéskölcsönhatás, fellazul a szerkezet. Lehetővé válik, hogy az acetilezett hisztonhoz közeli génhez bromogomolyú átírásfehérjék kötődjenek. A bromogomolyt tartalmazó fehérjék elősegítik a kromatin-ATPázok kötődését a hisztonokhoz. Ezek az enzimek elcsúsztatják a magtestecseket, miközben a DNS egy része szabaddá válik, például az indító, és kötődhet hozzá az átírásfehérje.

A hisztonok acetilezését a hiszton-acetiltranszferáz (histone acetyltransferase, HAT, más néven histone acetylase, hiszton-acetiláz) végzi: a hiszton N-végi lizinjére acetilcsoportot visz át az acetil-koenzim-A-ról; ε-N-acetil lizin keletkezik. A hiszton-acetilázokat nevezik lizin-acetilázoknak is, mert mindig a lizinről távolítják el az acetilcsoportot, és nemcsak a hisztonok lizinjéről.

Az acetilezett hisztonok dezacetilezése ellenkező hatású; tömörödik a kromatin. Az acetilcsoport eltávolításával fokozódik a hiszton pozitív töltése, ezért szorosabban köti a DNS-t, tömöríti a kromatint. A dezacetilezést rendszerint metilezés követi. A dezacetilezést a hisztonok ε-N-acetil lizinjének acetilcsoportját eltávolító enzim, a hiszton-dezacetiláz (histone deacetylase, HDAC) sarkallja.

- A hisztonok N-végi metilezése ellentétes hatású, mint az acetilezése, például a H3 9-es lizinjének metilezése némítja a DNS-t, serkenti a kromatin tömörödését. Ugyanígy hat az N-végi arginin metilezése.

▪ Fontos az N-végi szerin/treonin oldalláncok foszforilezése, defoszforilezése. Például a H1 defoszforilezésével megnyúlik a kromatin. Ennek a sejtosztódásban van jelentősége: az S-szakaszban a H1 alig foszforilezett, lehetővé téve a másolódást; a G2–M átmenetnél viszont kifejezetten foszforilezett, a kromatin tömörödik.

● A hisztonmag módosítását jelentősen befolyásolják a töltésviszonyok: A hisztonmag végei erősen pozitívak a bennük lévő arginin és lizin miatt, lehetővé sokrétű kapcsolódást a DNS-sel, sőt távoli molekulákkal és a szomszédos magtestecsekkel is. A magtestecsek hisztonvégződéseinek összekapaszkodása a kromatintömörödés egyik alapfolyamata. Bizonyos fehérjék, pl. a kohezin, kifejezetten serkentik a magtestecsek társulását, vagyis a kromatin tömörödését.

A DNS szorosan kapcsolódik a hisztonmaghoz töltéskötésekkel, amelyek a pozitív töltésű aminosavak és a negatív töltésű DNS-váz foszfátcsoportjai között alakulnak ki.

A kromatin szerveződését tehát a magtestecsek kapcsolódásai, mozgása alakítja, ami alapvetően a magtestecseket körülvevő folyékony magállományban lévő molekulák töltésállapotától függ. A kromatin környezetének töltésállapotát az ionok, kivált a magnéziumionok jelentősen befolyásolják.

● A hisztonmagot módosítja az N-végek ubikvitinezése is. Például a H2B 120-as lizinjének társulása ubikvitinnel (ubH2B) megnyújtja az átíródást a FACT (Facilitates Chromatin Transcription) dajkafehérjével együttműködve.

■ A kromatinállapot szabályozásának másik eleme a H1, az összekötő hiszton, amelyik tapad az összekötő DNS két (hisztonmagi) végéhez. Rögzíti a kromatint, gátlására lazul a szerkezet.

■ Befolyásolja a kromatin állapotát maga a DNS is. Például Mg⁺⁺ hatására megváltozó DNS a kromatin tömörődését vonja maga után. Az újabb vizsgálatok kiderítették, hogy a DNS negatív töltése az összekötő szálakon megmarad, és az összekötő szál töltéskötésekkel kapcsolódhat az összekötő H1-hisztonhoz vagy más pozitív töltésű fehérjékhez, illetőleg pozitív ionokhoz.

A kromatinállapot szabályozói cserélhetik is a hisztonmag valamelyik hisztonját.