genom, epigenom és én

1. A sejtmag Minden sejtmagunkban jelen van ugyanaz a DNS. Tehát egy sejtben a DNS több helyen található, egyrészt a sejtmagban, másrészt a mitokondriumban. A sejtmag genetikai állománya, több DNS-darabból áll. Mindegyik DNS molekula az tulajdonképpen két hasonló szerkezetű DNS, amit együttesen kromoszómának nevezünk. Ezektől egészen különbözik a mitokondriális genom, ami, kis, kör alakú DNS-darabok, s ezekből egy-egy sejtben több tíz, több száz, sőt akár több ezer is található. 1. A genetikai anyag sejten belüli elhelyezkedése A sejtmag a genom organelluma. Minden sejtmagunkban jelen van ugyanaz a DNS. Egy sejtben a DNS több helyen található, egyrészt a sejtmagban, másrészt a mitokondriumban. A sejtmag genetikai állománya, több DNS molekulából áll. Mindegyik DNS molekulából kettő van melyek anyai és apai öröklődésűek, ezeket kromatidoknak nevezzük és együttesen ők alkotják a kromoszómákat. Ezektől egészen különbözik a mitokondriális genom, amelyi kis, kör alakú DNS-darabokból áll. Ezekből egy-egy sejtben több tíz, több száz, sőt akár több ezer is jelen lehet. A kromoszómákat fénymikroszkópos vizsgálatok során azonosították és méret szerint tették sorba és számozták meg. Az egyes kromoszóma a legnagyobb. Van huszonkét úgynevezett szomatikus kromoszómánk, és két szexkromoszómánk. A két szexkromoszóma úgy épül fel, hogy a nőkben két x, a férfiakban pedig x és y van. Összesen negyvenhat kromoszómája van az embernek. A két kromatida egymás mellett van ezen az ábrázolásokon, ezeket tulajdonképpen testvér-kromotidáknak nevezzük, ez egy-egy DNS molekula, amely középen össze van kötve. Egyetlenegy állapot van, amikor ezek így néznek ki, mégpedig a sejtosztódás. Sejtosztódás során a kromoszómák egymás mellé kerülnek, és miután ez a sorba állás megtörténik, utána szétválnak. Minden egyéb állapotban a sejt, a sejtmagban a DNS, a kromoszómák úgymond letekeredett állapotban található. Megkülönböztethető transzmissziós elektromikroszkóppal a heterokromatin és az eukromatin. A heterokromatin az sötétebb szerkezetű és zárt DNS-területeket tartalmaz. Ezzel szemben a fehér színnel jelölt, az az eukromatin, Ezt tekintjük annak a régiónak, ahonnan átíródás történik, tehát a DNS-ből RNS íródik át. Tehát minden sejtben azonos DNS van, néhány kivételtől eltekintve. Azonban az, hogy mely gének mikor íródnak át arról a bizonyos DNS szinte minden sejtben különbözik. Ahhoz, hogy a sejtmagban a DNS elférjen, ahhoz ennek fel kell tekerednie, tehát egy magban körülbelül két méter hosszúságú DNS található minden egyes sejtben. Hogyha két, a két kromotidát veszünk figyelembe, akkor négy méter DNS, ez négyszázezerszeres feltekeredettséget jelent. 2. A kromoszómák ábrázolása A humán kromoszómák egy klasszikus ábrázolását látjuk a képen. A kromoszómákat fénymikroszkópos vizsgálatok során azonosították, festéssel ilyen csíkozottságot mutatnak. A kromoszómákat méret szerint számozták meg. Az egyes kromoszóma a legnagyobb. Van huszonkét úgynevezett szomatikus kromoszómánk, és két szexkromoszómánk. A két szexkromoszóma a nőkben két x, a férfiakban pedig x és y eloszlású. Összesen negyvennégy plusz kettő, annyi mint negyvenhat kromoszómája van az embernek. Ezen felül van még a mitokontridális DNS, ami ettől teljesen független és sejtenként akár több száz kópiában is jelen lehet. Négy szára a kromoszómának ami két DNS molekulából áll össze úgy, hogy a centoméra összeköti őket. Ezek egymás mellett vannak és testvér-kromatidáknak nevezzük. Egyetlenegy állapot van, amikor ezek így néznek ki, mégpedig a sejtosztódás. Minden egyéb állapotban a sejtmagban a DNS, a kromoszómákban de letekeredett állapotban található. Transzmissziós elektromikroszkóppal az elektrondenz sötét terület a heterokromatin a világos, nagyobb áteresztőképességű az eukromatin. Ez a tekeredés nem random, hanem fehérjék vesznek részt és ezek a fehérjék alkotják a kromatint, tehát a DNS a fehérjékkel együtt alkotja a kromatint. A nem osztódó sejtben látszik, hogy a kromoszómák letekeredett gombolyagnak tekinthetőek, miközben az osztódó sejtben ezek jól körülhatárolt, pálcaszerű struktúrák. A sejtmagban van egyrészt a DNS meg a fehérje, ami együttesen a kromatin, ezen kívül van a sejtmagvacska vagy nukleolusz, ahol az RNS-átíródás, a speciális RNS-átíródás zajlik, a ribonszómák előállítása. 3. Eukromatin, heterokromatin, transzkripció szabályozás, a kromoszómák nem osztódó sejtben Elektron mikroszkópos képen a heterokromatin sötétebb szerkezetű és transzkripciósan zárt DNS-területeket tartalmaz. Ezzel szemben a fehér színnel jelölt, az eukromatin, Ezt tekintjük annak a régiónak, ahonnan átíródás történik, tehát a DNS-ből RNS íródik át. Minden sejtben azonos DNS van (néhány kivételtől eltekintve) azonban az, hogy mely gének mikor íródnak át az adott DNS-ről szinte minden sejtben különbözik. Ahhoz, hogy a sejtmagban a DNS elférjen, ennek fel kell tekerednie. Egy magban körülbelül két méter hosszúságú DNS található minden egyes sejtben, hogyha a két kromatidát veszünk figyelembe, akkor négy méter DNS. Ahhoz, hogy elférjen a sejtmagban, négyszázezerszeres feltekeredettséggel szükséges. Ez a feltekeredés nem random, hanem fehérjék által szabályozott. Ezek a fehérjék alkotják a kromatint, tehát a DNS a fehérjékkel együtt alkotja a kromatint. Az ábrán látszik, hogy miként néz ki a DNS ha egy festékkel megfestjük mikroszkóppal vizsgáljuk. A nem osztódó sejtben látszik, hogy a kromoszómák letekeredett gombolyagnak tünnek miközben az osztódó sejtben ezek jól körülhatárolt, pálcaszerű struktúrák. Maga a sejtmag kettős membránszerkezettel van körülvéve, és kommunikál a sejt többi részével a magpórusokon keresztül. A magpórusokban ki-be áramlás zajlik, illetve RNS-molekulák aktívan ki jutnak a sejtmagból a citoplazmába, itt történik a fehérjévé való lefordítás. A sejtmagban ugye vannak interkromoszomális terek, tehát olyan terek, amelyekben nukleoplazma van, fehérjékkel, és igen intenzív mozgás zajlik ezeken a területekben, és a felszínen vannak a pórusok, ahol történik a traficking, a sejtmag és a citoplazma között. Ezen kívül számos más olyan funkciójú szervecske is található a magban. 4. A sejtmag A sejtmagban vannak interkromoszomális terek, olyan terek, amelyekben nukleoplazma van, fehérjék és RNS molekulák igen aktív szállítása zajlik ezeken a területekben. Maga a sejtmag kettős membránszerkezettel van körülvéve, és magpórusokon keresztül kommunikál a sejt többi részével. A magpórusokban kétirányú szabályozott anyag áramlás zajlik, RNS-molekulák exportinok segítségével aktívan kijutnak a sejtmagból a citoplazmába, itt történik a fehérjévé való lefordítás. A sejtmagban a kromatinon kívül megkülönböztetjük még a sejtmagvacskát vagy nukleoluszt, ahol egy speciális RNS-átíródás zajlik, a riboszómák RNSének az átíródása. Maga a nukleólusz tartalmazza a humán genomban jelenlevő több mint 200 riboszomális gént kódoló tandem repeat szakaszt melyek a 13, 14, 15, 21 és 22-es kromoszómákon vannak jelen. A nukleoluszban még riboszomális RNS, enzimek, összeszerelő fehérjék és snoRNS molekulák segítségével, rRNS faktorok bevonásával történik a riboszómális alegységek összeszerelése amelyek a magból exportálódnak és a transzláció során álnak össze végleges formájukká. Ezen kívül számtalan más olyan funkciójú szervecske is található a magban, amelyek funkcióját nem ismerjük pontosan, csak bizonyos részleteit. Ezeket csavaros testeknek, speckles-nek nevezzük. Annyi bizonyos, hogy ebben a régiókban nagyon nagy mennyiségű RNS feldolgozása zajlik. A DNS szolenoid struktúrát melyek orsószerű alakzatok. Minden egyes orsóra két tekercs, két és fél tekeredés DNS van rátekeredve. A szolenoid struktúrának 30 nannometer az átmérője. Mi a nukleoszómák szerepe? A környezet, a külvilág, és a genom, az a hisztonvégeken keresztül kommunikál egymással. A fehérjék, amelyek az orsó magvát alkotják, hiszton-fehérjék, H2A, H2B, H3, H4 verziót különböztetünk meg. Egy genomhoz több epigenom, és minden epigenomhoz több transzkriptom tartozik, ez azt jelenti, hogy több típusú válasz lehetséges egy adott sejtben. Minden sejtben azonos a genom, különböző sejtekben különböző az epigenom, tehát hogy milyen módosulatok vannak ezen, hisztonvégeken, s egy-egy ilyen módosulattól függően a bejövő információ, különböző válaszokat képes létrehozni egy sejtben, de értelemszerűen több különböző bemeneti információ, különböző válaszokat tud generálni, akár két vagy több transzkriptóm is tartozhat. A genom tulajdonképpen felfogható úgy is, mint egy betűsor, egy hosszú betűsor, amiben nincsenek se nagy betűk, se kisbetűk, se semmilyen fabuláns. Ez az, miután megismertük a genomot, azzal, hogy szekvenáltuk. 5. A transzkripció szabályozása a kromatin szintjén Hogyan van feltekeredve a DNS a fehérjékre? Ezen az ábrán a nukleoszóma láncot és a magasabb szintű DNS struktúrákat láthatjuk. A DNS és a fehérje orsószerű alakzatokat hoznak létre melyeket nukleoszómáknak nevezünk. Minden egyes orsóra két - két és fél kerületnyi DNS van rátekeredve. Ennek 11 nanometer az átmérője és 146-152 bázispár hosszúságú DNS van egy nukleoszómán. Tehát egy nukleoszóma három miliméternek egy tízezred részének felel meg, csak speciális atomerő mikroszkóppal lehet láthatóvá tenni. Az orsó középen helyezkednek el a hiszton fehérjék, kívül található a DNS. Mi a szerepe ennek? A környezet és a genom a hisztonvégeken keresztül kommunikál egymással. A hiszton-fehérjéknek H2A, H2B, H3, H4 típusaiból két két molekula alkotja az orsó magvát. A hiszton-fehérjék végei túlnyulnak a DNS-en, és mivel nagyon reaktív csoportokat tartalmaznak, módosulatok jönnek létre a hisztonvégen. A DNS-en és a hiszton végeken levő módosulatok összessége alkotja az epigenomot. Egy genomhoz ahány sejt típus annyi epigenom tartozik. Az epigenom a transzkripicos valasz lehetosegek kepesseget hatarozza meg egy adott bejovo szignal esetében. Minden epigenomhoz több transzkriptom tartozik a bejövő szignálok szerint. Ez azt jelenti, hogy adott szignálra különböző sejtek teljesen eltérő válaszokat adnak. Az epigenomban levő mintázatok döntik el, hogy a bejövő információ milyen válaszokat kapcsol be egy sejtben. Különböző bemeneti információk különböző válaszokat hoznak létre, tehát egy sejttípushoz tartozó epigenomhoz akár több transzkriptómban létrejövő válasz is tartozhat.