genomul uman conține peste 3 miliarde de perechi de baze sau nucleotide. Aceste nucleotide, care sunt aranjate într-o secvență liniară de-a lungul ADN-ului (acid dezoxiribonucleic), codifică fiecare proteină și trăsătură genetică din corpul uman. Aceste informații sunt conținute în aproximativ 20.000 de gene care, în mod surprinzător, reprezintă doar o mică parte (aproximativ 1,5%) din ADN-ul total. Restul este format din secvențe necodificate. Integritatea secvenței genetice este esențială pentru funcționarea normală a celulelor și acest lucru este evidențiat atunci când anomaliile genetice rămân nedetectate de mecanismele de reparare genetică intrinsecă și dau naștere la proteine disfuncționale și la diferite stări de boli.
în nucleul interfazic, cromozomii sunt greu de distins unul de celălalt. Cu atât mai puțin, ele ocupă un spațiu discret în interiorul unui nucleu – așa-numitul teritoriu cromozomial (granițele teritoriilor cromozomiale sunt sugerate ca linii punctate roșii în figura A). Euchromatina colorată mai deschisă (activă transcripțional) și petele de heterocromatină mai închisă (tăcută transcripțional) sunt, pe de altă parte, ușor de vizualizat. În timpul diviziunii celulare, Teritoriile cromozomiale se transformă în cromozomi foarte condensați, care apoi se pot distinge clar unul de celălalt. Împreună, cromozomii mitotici, vizualizați în microscopul luminos, se numesc cariotip.prin urmare, trebuie să aibă loc o serie de procese care să permită celulei să împacheteze ADN-ul în limitele nucleului, păstrând în același timp capacitatea sa de a transcrie și duplica întreaga secvență ADN și de a-și menține integritatea. Acest lucru se realizează printr-un proces elaborat de condensare a ADN-ului care vede ADN-ul ambalat în 46 de cromozomi (sau 23 de perechi de cromozomi) la om. Numărul de cromozomi variază de la Specie la specie; de exemplu, există 40 de cromozomi (20 de perechi) la șoareci, 8 cromozomi (4 perechi) în musca comună a fructelor și 10 cromozomi (5 perechi) în planta Arabidopsis thaliana.
cromozomii ating cel mai înalt nivel de condensare în timpul diviziunii celulare sau mitozei, unde vor dobândi o morfologie discretă cu 4 sau 2 brațe care reprezintă o compactare de aproximativ 10.000 de ori. Deși această formă mitotică puternic condensată a devenit cea mai comună modalitate de a descrie cromozomii, structura lor este semnificativ diferită în timpul interfazei. În comparație cu cromozomii mitotici, cromozomii interfazici sunt mai puțin condensați și ocupă întregul spațiu nuclear, ceea ce le face oarecum dificil de distins.la fel ca formarea cromozomilor metafazici, compactarea necesară pentru a se potrivi unui set complet de cromozomi interfazici în nucleu se realizează printr-o serie de evenimente de pliere, înfășurare și îndoire a ADN-ului care sunt facilitate de histone, care sunt proteine nucleare de bază foarte conservate care permit compactarea ADN-ului prin neutralizarea sarcinii negative a ADN-ului. Histonele se aranjează în general ca un octamer în complex cu ADN pentru a forma nucleozomul. Combinația de proteine ADN și histone care alcătuiesc conținutul nuclear este adesea denumită cromatină.
Heterocromatină vs Euchromatină
în mod tradițional, cromatina interfazică este clasificată fie ca euchromatină, fie ca heterocromatină, în funcție de nivelul său de compactare. Euchromatina are o structură mai puțin compactă și este adesea descrisă ca o fibră de 11 nm care are aspectul de ‘margele pe un șir’ unde mărgelele reprezintă nucleozomi și șirul reprezintă ADN. În schimb, heterocromatina este mai compactă și este adesea raportată ca fiind compusă dintr-o matrice de nucleozomi condensată într-o fibră de 30 nm. Trebuie remarcat, totuși, că fibra de 30 nm nu a fost niciodată vizualizată in vivo, iar existența sa este discutabilă.
Euchromatina are o structură mai puțin compactă, în timp ce heterocromatina este mai compactă și compusă dintr-o serie de nucleozomi condensați într-o fibră. Aceste niveluri de compactare a cromatinei sunt ilustrate aici în doi cromozomi (portocaliu și albastru).
cu ADN-ul care codifică informațiile genetice ale celulei, condensarea acestei molecule este evident mai complicată decât poate fi reprezentată de modele simple de fibre de 11 nm sau 30 nm. Mașinile de transcriere necesită acces la informațiile genetice pe tot parcursul ciclului celular, în timp ce mașinile de replicare vor copia ADN-ul în timpul fazei S. Această complexitate adăugată este evidentă în diferențele cheie dintre euchromatină și heterocromatină și, de asemenea, în localizarea cromatinei în nucleu.
faptul că există mecanisme intrinseci în condensarea ADN-ului pentru a controla accesul în scopuri transcripționale sau de replicare se reflectă în prezența elementelor ADN repetitive, cum ar fi secvențele de satelit, precum și a elementelor transpozabile în heterocromatină, în special în centromerii și telomerii foarte condensați. Aceste regiuni, cunoscute sub numele de heterocromatină constitutivă, rămân condensate pe tot parcursul ciclului celular și nu sunt transcrise activ. Heterocromatina facultativă, care poate fi derulată pentru a forma euchromatina, pe de altă parte, are o natură mai dinamică și se poate forma și schimba ca răspuns la semnalele celulare și la activitatea genică . Această regiune conține adesea informații genetice care vor fi transcrise în timpul ciclului celular.