La struttura e la funzione della cromatina

La struttura e la funzione della cromatina negli eucarioti

La cromatina è il complesso di DNA e proteine presente nel nucleo delle cellule eucariotiche, essenziale per la compattazione del DNA e la sua regolazione funzionale. Il DNA eucariotico, estremamente lungo, viene organizzato in cromatina per adattarsi al nucleo cellulare e per regolare l'accesso alle sequenze codificanti durante i processi di trascrizione, replicazione e riparazione. La cromatina si differenzia in eucromatina, che rappresenta la forma meno condensata e attiva nella trascrizione genica, e eterocromatina, più compatta e generalmente associata a regioni genomiche silenziate. La condensazione della cromatina è dinamica e varia durante il ciclo cellulare: in interfase è più distesa per permettere l'accesso ai fattori trascrizionali, mentre durante la mitosi si condensa nei cromosomi per facilitare la segregazione equa del materiale genetico.

I nucleosomi: unità fondamentali della cromatina

I nucleosomi sono le subunità ripetitive della cromatina, costituite da un nucleo di otto proteine istoniche attorno al quale si avvolge il DNA. Questo nucleo è formato da due copie di ciascuno degli istoni H2A, H2B, H3 e H4, che insieme formano un ottamero. Il DNA si avvolge per circa 1,65 giri intorno a questo nucleo istonico, comprendendo circa 147 paia di basi. L'istone H1, non facente parte del nucleo, si lega al DNA linker, il tratto di DNA che collega un nucleosoma all'altro, e contribuisce alla formazione di una struttura cromatinica di ordine superiore, stabilizzando l'interazione tra i nucleosomi.

Assemblaggio e dinamicità della cromatina

L'assemblaggio della cromatina inizia con la deposizione di un tetramero di istoni H3-H4 sul DNA, seguita dall'aggiunta di due eterodimeri H2A-H2B per completare l'ottamero istonico. Le code N-terminali degli istoni, che si estendono dal nucleosoma, sono soggette a modificazioni post-traduzionali che influenzano la struttura e la funzione della cromatina. Queste modificazioni, insieme all'azione di complessi di rimodellamento della cromatina, rendono la struttura dinamica e in grado di rispondere alle necessità cellulari, regolando l'accessibilità del DNA alle macchine trascrizionali e replicative.

La transizione dalla cromatina rilassata all'eterocromatina

La transizione da eucromatina a eterocromatina implica un aumento della compattazione del DNA, mediato dall'istone H1 e dalla formazione di una fibra cromatinica di 30 nm di diametro. Esistono due modelli principali che descrivono la struttura della fibra a 30 nm: il modello a solenoide, che prevede una struttura spirale, e il modello a zig-zag, che suggerisce un'organizzazione più aperta. Le interazioni tra le code istoniche e i nucleosomi adiacenti contribuiscono alla stabilizzazione della struttura condensata dell'eterocromatina.

Modificazioni delle code istoniche e regolazione dell'espressione genica

Le code istoniche sono soggette a diverse modificazioni post-traduzionali, come acetilazione, metilazione e fosforilazione, che giocano un ruolo cruciale nella regolazione dell'espressione genica. L'acetilazione delle lisine, ad esempio, riduce l'affinità degli istoni per il DNA, promuovendo la decondensazione della cromatina e facilitando l'accesso ai fattori trascrizionali. Queste modificazioni possono essere riconosciute da specifici domini proteici che, a loro volta, possono reclutare complessi di rimodellamento della cromatina o altri fattori coinvolti nella regolazione dell'espressione genica, influenzando così l'accessibilità e la funzionalità del DNA.