クロマチンは、DNA とタンパク質で構成される遺伝物質の一種です。核内に含まれる小さなボリューム構造に DNA を詰め込むのに役立ちます。真核生物の細胞分裂中に凝縮して染色体を形成します。
細胞は生命の基本的な機能単位です。細胞の主要な構成要素は遺伝物質であり、一般に DNA と総称されます。細胞分裂の際に親から子へと受け継がれる遺伝情報が含まれています。 DNA は真核生物でよく組織化されており、核内に存在します。クロマチンは、遺伝物質を包み込んで細胞核内に収容する上で重要な役割を果たしていますが、クロマチンとは正確には何ですか?それは何で構成されていますか？その種類は何ですか？細胞分裂においてどのような役割を果たしていますか?クロマチン、染色体、染色分体はどのように関連していますか?これらは、この記事で答えようとしている質問のほんの一部です。
クロマチンとは?
原核細胞の DNA は最小限の情報しか持たないため、細胞質全体に環状に分布しています。しかし、真核生物の DNA には何百万もの遺伝情報が含まれています。したがって、核に収まるように適切に整理することが重要です。クロマチンは、生命の設計図を形成するために遺伝情報を整理する方法です。 DNA を小さな体積に詰め込むことで、DNA が核内に存在し、すべての遺伝情報が安全に含まれるようになります。 DNAが絡まるのを防ぎ、遺伝子発現を調節し、DNAの複製を促進し、損傷を防ぐことにより、細胞分裂中にDNAを強化する上で主要な役割を果たします.
クロマチン鎖 (写真提供:Juan Gaertner/Shutterstock)
クロマチンは何で構成されていますか?
クロマチンは、DNA と結合タンパク質ヒストンという 2 つの主要な部分で構成されています。ヒストンは、2回繰り返される4つのサブユニットで構成される8量体です。ヒストンは、DNA が巻き付くアンカーとして機能します。ヒストンを包み込み、ヌクレオソームを形成する約 147 塩基対の DNA があります。これらのヌクレオソームは、リンカー DNA のセクションによって相互接続されています。ヒストンは 2 つのタイプに分類できます:
- コアヒストン
- リンカー ヒストン
H2A、H2B、H3、および H4 はコア ヒストンです。 H1 は、ヌクレオソーム上の DNA 鎖の出入りを制御するリンカー ヒストンです。化学的には、クロマチンは 30 ～ 40% の DNA、1 ～ 10% の RNA、および 50 ～ 60% のタンパク質で構成されています。この組成は、生物ごとに、同じ種のさまざまな組織で、細胞周期のすべての段階で異なります。これにより、構造内の凝縮領域が徐々に形成されます。
ヒストンに巻かれた DNA (写真提供:Zvitaliy/Shutterstock)
クロマチンの種類
クロマチンは、その凝縮に基づいて、大きく 2 つのタイプに分類できます。
ヘテロクロマチン
ヘテロクロマチンは、細胞ごとに異なる安定したダイナミックな構造です。非常にぎっしり詰まっており、凝縮感の高いフォルムです。抑圧的な構造であるため、その中の遺伝子の発現を抑制します。高次構造は折り畳みの繰り返しによって形成され、DNA の負のスーパーコイルが増加します。ヘテロクロマチン内には、ヌクレオソームの発現を可能にするバリアと呼ばれる DNA 構造があります。この形で DNA にアクセスするのは非常に面倒です。
Eu-クロマチン
Eu-クロマチンは、ゆるく詰まった構造で構成されています。ヒストン尾部への変更により、それらがよりオープンになります。これにより、これらの構造内の DNA に簡単にアクセスできます。その主な機能は、転写の開始です。 Eu-クロマチンは、DNA から mRNA への転写に積極的に関与しています。また、RNAポリメラーゼ複合体と遺伝子調節タンパク質の動員も可能にします。細胞の生産性は、細胞内に存在する Eu クロマチンの量に正比例します。
これらの形態は両方とも、遺伝子転写においてそれぞれの役割を果たします。また、必要な条件下で、Eu-クロマチンをヘテロクロマチンに変換することができます。細胞周期やその他のプロセスは、この能力を使用してさまざまな遺伝子の転写を調節します。
細胞分裂におけるクロマチンの役割
細胞分裂は、DNA がそれ自体の複数のコピーを生成し、次の世代に渡すことができるプロセスです。細胞分裂の間、クロマチンは染色体と呼ばれるより複雑な構造を形成します。これらの構造は、有糸分裂細胞分裂中にのみ表示されます。
このプロセスは、細胞分裂の前期に行われます。前期の後、セントロメアで互いに結合したままの 2 つの姉妹染色体が形成されます。これらの姉妹染色体は染色分体と呼ばれます。 DNA を mRNA に転写したり、タンパク質を生成したりするには、DNA へのアクセスが不可欠です。ヒストンにしっかりと巻き付いているため、クロマチンのリモデリングを行って、遺伝子が存在する目的の DNA セグメントにアクセスできます。
染色体からの染色分体の形成（写真提供：Fancy Tapis/
細胞生命の多くの事象において、DNA の二次構造は非常に重要です。遺伝子の複製、転写、発現調節などのプロセスは、DNA 構造の局所的な変化に依存します。
組換えと特定の変異は、DNA の特別な変化の結果として発生します。クロマチンは、上記のすべてのプロセスを制御し、遺伝的変化にも関与しています.
