Definitie - Wat zijn chromosomen?
Het genetisch materiaal van een cel wordt opgeslagen in de vorm van DNA (deoxyribonucleïnezuur) en zijn basen (adenine, thymine, guanine en cytosine). In alle eukaryote cellen (dieren, planten, schimmels) is dit aanwezig de celkern in de vorm van chromosomen. Een chromosoom bestaat uit een enkel, samenhangend DNA-molecuul, dat is verbonden met bepaalde eiwitten.
De naam chromosoom is afgeleid van het Grieks en zou ongeveer vertaald kunnen worden als "kleurlichaam". Deze naam komt van het feit dat wetenschappers er heel vroeg in de geschiedenis van de cytologie (1888) in slaagden om het te kleuren met speciale basiskleurstoffen en het te identificeren onder de lichtmicroscoop. Ze zijn echter pas echt zichtbaar op een bepaald punt in de celcyclus, mitose (meiosis in kiemcellen), wanneer het chromosoom in een bijzonder dichte (gecondenseerde) vorm aanwezig is.
Hoe zijn chromosomen gestructureerd?
Als de volledige DNA-dubbele helix van een cel, dus ongeveer 3.4 x 109 basenparen, met elkaar zou worden verbonden, zou het resultaat een lengte van meer dan een meter zijn. De totale lengte van alle chromosomen bij elkaar opgeteld is echter slechts ongeveer 115 μm. Dit lengteverschil wordt verklaard door de zeer compacte structuur van de chromosomen, waarin het DNA op een zeer specifieke manier meerdere keren wordt gewikkeld of spiraalvormig.
Histonen, een bijzondere vorm van proteïne, spelen een belangrijke rol in dit proces. In totaal zijn er 5 verschillende histonen: H1, H2A, H2B, H3 en H4. Twee van de laatste vier histonen vormen een cilindrische structuur, de octamer, waar de dubbele helix ongeveer twee keer omheen slingert (= superhelix).
H1 hecht zich aan deze structuur om deze te stabiliseren. Dit complex van DNA, octameer en H1 wordt nucleosoom genoemd. Verschillende van deze nucleosomen liggen nu "parel-ketting-achtig" met relatief korte tussenpozen (10-60 basenparen) achter elkaar.
De secties tussen de chromosomen worden spacer-DNA genoemd. De afzonderlijke nucleosomen komen nu via H1 weer in contact, wat resulteert in verdere spiralisatie en dus ook compressie. De resulterende streng is op zijn beurt in lussen die worden gestabiliseerd door een ruggengraat van zuur niet-histon eiwitten, ook wel bekend als Hertones.
Deze lussen zijn op hun beurt weer aanwezig in spiralen die worden gestabiliseerd door eiwitten, wat resulteert in de laatste fase van verdichting. Deze hoge mate van verdichting treedt echter alleen op tijdens celdeling bij mitose. In deze fase is ook de karakteristieke vorm van de chromosomen, die uit twee chromatiden bestaat, te zien.
De plaats waar deze zijn verbonden, wordt centromeer genoemd. Het verdeelt elk metafasechromosoom in twee korte en twee lange armen, ook wel p- en q-armen genoemd. Als de centromeer zich ongeveer in het midden van het chromosoom bevindt, wordt dit een metacentrisch chromosoom genoemd; als het zich aan een van de uiteinden bevindt, wordt het een acrocentrisch chromosoom genoemd.
De tussenliggende chromosomen worden submetacentrische chromosomen genoemd. Deze verschillen, die al onder de lichtmicroscoop te zien zijn, zorgen samen met de lengte van de chromosomen voor een eerste deling van de chromosomen. telomeren zijn de uiteinden van de chromosomen die herhalende sequenties bevatten (TTAGGG).
Deze bevatten geen relevante informatie, maar dienen om het verlies van meer relevante DNA-coupes te voorkomen. Bij elke celdeling gaat een deel van het chromosoom verloren door het mechanisme van DNA-replicatie. De telomeren fungeert dus als een buffer en vertraagt het moment waarop de cel belangrijke informatie verliest door deling.
Indien de telomeren van een cel vallen onder een lengte van ongeveer 4,000 basenparen, wordt geprogrammeerde celdood (apoptose) geïnitieerd. Dit voorkomt de verspreiding van defect genetisch materiaal in het organisme. Enkele cellen bezitten telomerasen, dwz enzymen die de telomeren weer kunnen verlengen.
Naast stamcellen, waarvan alle andere cellen zijn afgeleid, zijn dit kiemcellen en bepaalde cellen van de immuunsysteem. Bovendien worden telomerasen ook aangetroffen in kanker cellen, daarom spreekt men in deze context van onsterfelijkheid van een cel. Chromatine is de volledige inhoud van een celkern die kan worden gekleurd met een basiskleuring.
Daarom omvat de term niet alleen DNA, maar ook bepaalde eiwitten, zoals histonen en hertonen (zie structuur), evenals bepaalde RNA-fragmenten (hn- en snRNA). Afhankelijk van de fase in de celcyclus of de genetische activiteit is dit materiaal in verschillende dichtheden aanwezig. De dichtere vorm wordt heterochromatine genoemd.
Voor een beter begrip zou het daarom kunnen worden beschouwd als een "bewaarvorm" en ook hier wordt een onderscheid gemaakt tussen constitutief en facultatief heterochromatine. Constitutief heterochromatine is de dichtste vorm, die aanwezig is in alle fasen van de celcyclus in zijn hoogste condensatiestadium. Het maakt ongeveer 6.5% uit van het menselijk genoom en bevindt zich voornamelijk nabij de centromeren en de uiteinden van de chromosoomarmen (telomeren) in kleine hoeveelheden maar ook op andere locaties (voornamelijk chromosoom 1,9,16,19 en Y).
Bovendien bevindt het grootste deel van het constitutieve heterochromatine zich nabij het kernmembraan, dwz aan de randen van de celkern. Zo is de ruimte in het midden gereserveerd voor de actievelingen chromatine, het euchromatine. Facultatief heterochromatine is iets minder dicht en kan naar behoefte of afhankelijk van het ontwikkelingsstadium worden geactiveerd en gedeactiveerd.
Een goed voorbeeld is het tweede X-chromosoom bij vrouwelijke karyotypen. Omdat in principe één X-chromosoom voldoende is voor het overleven van de cel, zoals uiteindelijk ook bij mannen voldoende is, wordt een van de twee in de embryonale fase gedeactiveerd. het gedeactiveerde X-chromosoom staat bekend als het lichaam van Barr.
Alleen tijdens celdeling, tijdens mitose, condenseert het volledig en bereikt het zijn hoogste dichtheid in de metafase. Maar omdat de verschillende genen op verschillende frequenties worden uitgelezen - immers niet elk eiwit is altijd in dezelfde hoeveelheid nodig - wordt hier ook onderscheid gemaakt tussen actief en niet-actief euchromatine. Haploid (gr.
haploos = enkel) betekent dat alle chromosomen van een cel afzonderlijk aanwezig zijn, dus niet in paren (diploïde) zoals gewoonlijk het geval is. Dit is de natuurlijke staat van alle eieren en sperma cellen waarin de twee identieke chromatiden voorlopig niet worden gescheiden tijdens de eerste rijpingsdeling van meiosis, maar alle chromosoomparen worden eerst gescheiden. Als gevolg hiervan hebben de dochtercellen na de eerste deling bij mensen slechts 23 in plaats van de gebruikelijke 46 chromosomen, wat overeenkomt met de helft van de haploïde set chromosomen.
Omdat deze dochtercellen echter nog steeds een identieke kopie van elk chromosoom hebben, bestaande uit 2 chromosomen, is de tweede deling vereist, waarbij de twee chromatiden van elkaar zijn gescheiden. Een polytene-chromosoom is een chromosoom dat bestaat uit veel genetisch identieke chromatiden. Omdat dergelijke chromosomen al bij lage vergroting gemakkelijk herkenbaar zijn, worden ze soms reuzenchromosomen genoemd. Voorwaarde hiervoor is endoreplicatie, waarbij de chromosomen binnenin meerdere keren worden vermenigvuldigd de celkern zonder dat celdeling plaatsvindt.
