Chromatine is het materiaal waaruit het bestaat chromosomen. Het vertegenwoordigt een complex van DNA en omgeving eiwitten dat het genetisch materiaal kan comprimeren. Verstoringen in chromatine structuur kan leiden tot ernstige ziekte.
Wat is chromatine?
Chromatine is een mengsel van DNA, histonen en andere eiwitten gebonden aan DNA. Dit vormt een DNA-eiwitcomplex, maar de belangrijkste componenten zijn DNA en histonen. De naam chromatine is het resultaat van de vlekbaarheid van dit complex met basisch nucleair kleurstoffen. Alle eukaryoten bevatten chromatine. In prokaryoten, het DNA moleculen zijn voornamelijk vrij en vormen een ringstructuur. In hogere eukaryote organismen is chromatine de basis van chromosomen. Het DNA-eiwitcomplex kan zo samendrukken dat in een kleine ruimte in de celkern veel genetische informatie kan worden opgeslagen. Histonen zijn zeer oude eiwitten moleculen waarvan de genetische samenstelling en structuur vrijwel onveranderd zijn gebleven ten opzichte van eukaryote protozoa op mensen.
Anatomie en structuur
Chromatine is, zoals eerder vermeld, samengesteld uit DNA, histonen en andere eiwitten. Binnen dit complex is het DNA-molecuul gewikkeld rond een histonpakket van acht histonen. Histonen zijn eiwitten die uit veel basismaterialen bestaan aminozuren. De aminogroepen genereren een positieve lading, terwijl het DNA moleculen hebben een negatieve lading aan de buitenkant. Dit is de basisvereiste voor de vorming van een vast complex van DNA en histonen. In dit proces wordt de zogenaamde histon-octameer (8 histonen) ongeveer 1.65 keer omwikkeld door de dubbele DNA-streng. Dit komt overeen met een kettinglengte van 146 basenparen. Hierdoor kan het DNA 10,000 tot 50,000 keer worden gekrompen. Dit is nodig om in de celkern te passen. Een eenheid van omwikkelde histon-octameer wordt ook wel een nucleosoom genoemd. De individuele nucleosomen zijn op hun beurt met elkaar verbonden door linkerhistonen. Aldus wordt een keten van nucleosomen gevormd, die als een 30 nm-vezel een hogere organisatorische eenheid van DNA vertegenwoordigt. Zelfs binnen de dichte verpakking is het DNA nog steeds toegankelijk voor regulerende eiwitmoleculen waarmee de genetische informatie kan worden gelezen en omgezet in eiwitten. Er moet echter nog een onderscheid worden gemaakt tussen euchromatine en heterochromatine. Bij euchromatine is het DNA actief. Hier bevinden zich bijna alle actieve genen, die kunnen coderen voor eiwitten en deze tot expressie kunnen brengen. Er zijn geen structurele verschillen op het gebied van euchromatine, ongeacht in welke condensatietoestand het respectieve chromosoom zich bevindt. Heterochromatine bevat inactieve of laagactieve DNA-eiwitcomplexen. Het is verantwoordelijk voor de structurele aard van de totale chromatine. Heterochromatine kan op zijn beurt in twee vormen worden verdeeld. Er is dus constitutief en facultatief heterochromatine. Constitutief heterochromatine wordt nooit uitgedrukt. Het heeft alleen structurele functies. Facultatief heterochromatine kan soms worden uitgedrukt. Tijdens de verschillende fasen van mitose en meiosisworden verschillende pakkingsniveaus van chromatine gevormd. In dit proces vertoont het zogenaamde interfase-chromatine een zeer sterke loslating in vergelijking met metafase-chromatine, aangezien de meeste eiwitten in deze toestand tot expressie worden gebracht.
Functie en taken
De functie van chromatine is om genetische informatie op te nemen in de zeer kleine ruimte van de kern. Dit is alleen mogelijk door de vorming van een zeer dicht opeengepakt DNA-eiwitcomplex. Dit vereist echter het bestaan van verschillende condensatiestappen. Hoewel het complex zeer dicht opeengepakt is in een rustige en inactieve fase, moet het meer worden losgemaakt in actievere fasen. Maar zelfs hier is de verpakking nog steeds erg compact. Om de eiwitsynthese te activeren, moet de sterke binding tussen de overeenkomstige DNA-segmenten en het ingepakte histon worden vrijgegeven. De gebonden histonen verhinderen dat het DNA eiwitten tot expressie brengt. Verschillende bindingstoestanden kunnen dus ook verschillende activiteiten van de genen produceren. In dit proces vindt celdifferentiatie plaats als onderdeel van epigenetische processen. Hoewel de genetische informatie van DNA hetzelfde is in verschillende lichaamscellen, zijn de activiteiten in gen expressie zijn verschillend, zodat verschillende celtypen ook verschillende taken uitvoeren.
Ziekten
Defecten in de structuur van chromatine kunnen leiden tot ernstige ziekten. Deze fouten kunnen leiden tot activiteitsverschuivingen in gen activiteit, die de harmonie in de interactie van de lichaamscellen verstoren. Dit zijn vaak zeer zeldzame ziekten waarvan de symptomen erg op elkaar lijken. De getroffen personen lijden aan fysieke misvormingen en mentale handicaps. De mechanismen die deze symptomen veroorzaken zijn nog te weinig bekend. Onderzoek naar deze relaties is echter noodzakelijk om deze ziekten zo goed mogelijk te kunnen behandelen. Twee typische ziekten op basis van chromatinestoornissen zijn het Coffin-Siris-syndroom en het Nicolaides-Baraitser-syndroom. Beide ziekten zijn genetisch bepaald. Bij het Coffin-Siris-syndroom, congenitale hypoplasie van de vinger en teen botten, korte gestalte en mentaal vertraging optreden. Er zijn verschillende mutaties die verantwoordelijk zijn voor het veroorzaken van deze ziekte, die verantwoordelijk zijn voor bepaalde subeenheden van het DNA-eiwitcomplex. Er zijn zowel autosomaal recessieve als autosomaal dominante overervingen. De behandeling is symptomatisch en hangt af van de specifieke uitgesproken symptomen van de ziekte. Het Nicolaides-Baraitser-syndroom vertoont ook vergelijkbare symptomen. In aanvulling op korte gestalte en misvorming van de vingers, ernstige mentale vertraging en aanvallen komen ook voor. Overerving is autosomaal dominant. De ziekte is zeer zeldzaam en komt voor bij één op de miljoen mensen. Een andere zeldzame erfelijke aandoening die verband houdt met een chromatine-aandoening is het Cornelia de Lange-syndroom. Dit syndroom heeft ook veel lichamelijke misvormingen en intellectuele ontwikkelingsstoornissen.
