det humane genom indeholder over 3 milliarder basepar eller nukleotider. Disse nukleotider, som er arrangeret i en lineær sekvens langs DNA (deoksyribonukleinsyre), koder for hvert protein og genetisk træk i den menneskelige krop. 20.000 gener, som overraskende kun repræsenterer en lille brøkdel (ca.1,5%) af det samlede DNA. Resten består af ikke-kodende sekvenser. Integriteten af den genetiske sekvens er afgørende for normal cellefunktion, og dette fremhæves, når genetiske anomalier ikke opdages af iboende genetiske reparationsmekanismer og giver anledning til dysfunktionelle proteiner og forskellige sygdomstilstande.
i interfasekernen er kromosomer vanskelige at skelne fra hinanden. Ikke desto mindre besætter de et diskret rum inde i en kerne – såkaldt kromosomområde (grænser af kromosomer territorier foreslås som røde stiplede linjer i figur a). Lysere farvet euchromatin (transkriptionelt aktiv) og pletterne af mørkere heterochromatin (transkriptionelt lydløs) er på den anden side let at visualisere. Under celledeling omdannes kromosomområder til stærkt kondenserede kromosomer, som derefter klart kan skelnes fra hinanden. Sammen kaldes mitotiske kromosomer, visualiseret i lysmikroskop, karyotype.
en række processer skal derfor finde sted, der gør det muligt for cellen at pakke DNA inden for kernens grænser, samtidig med at den bevarer sin evne til at transkribere og duplikere hele DNA-sekvensen og opretholde dens integritet. Dette opnås gennem en detaljeret proces med DNA-kondens, der ser DNA pakket i 46 kromosomer (eller 23 kromosompar) hos mennesker. Antallet af kromosomer varierer fra Art til Art; for eksempel er der 40 kromosomer (20 par) hos mus, 8 kromosomer (4 par) i den almindelige frugtflue og 10 kromosomer (5 par) i Arabidopsis thaliana-planten.
kromosomer når deres højeste niveau af kondens under celledeling eller mitose, hvor de vil erhverve en diskret 4-bevæbnet eller 2-bevæbnet morfologi, der repræsenterer cirka 10.000 gange komprimering. Selvom denne stærkt kondenserede mitotiske form er blevet den mest almindelige måde at skildre kromosomer på, er deres struktur signifikant anderledes under interfasen. Sammenlignet med mitotiske kromosomer er interfasekromosomer mindre kondenserede og optager hele det nukleare rum, hvilket gør dem noget vanskelige at skelne mellem.
ligesom dannelsen af metafasekromosomer opnås den komprimering, der kræves for at passe et komplet sæt interfasekromosomer i kernen, gennem en række DNA-foldning, indpakning og bøjningshændelser, der lettes af histoner, som er stærkt konserverede basale nukleare proteiner, der muliggør DNA-komprimering ved at neutralisere DNA ‘ s negative ladning. Histoner arrangerer generelt som en octamer i kompleks med DNA for at danne nukleosomet. Kombinationen af DNA og histonproteiner, der udgør det nukleare indhold, kaldes ofte kromatin.
Heterochromatin vs Euchromatin
traditionelt klassificeres interfasekromatin som enten euchromatin eller heterochromatin afhængigt af dens komprimeringsniveau. Euchromatin har en mindre kompakt struktur og beskrives ofte som en 11 nm fiber, der ser ud som ‘perler på en streng’, hvor perlerne repræsenterer nukleosomer, og strengen repræsenterer DNA. I modsætning hertil er heterochromatin mere kompakt og rapporteres ofte som sammensat af et nukleosomarray kondenseret til en 30 nm fiber. Det skal dog bemærkes, at 30 nm fiberen aldrig er blevet visualiseret in vivo, og dens eksistens er tvivlsom.
Euchromatin har en mindre kompakt struktur, mens heterochromatin er mere kompakt og sammensat af en række nukleosomer kondenseret til en fiber. Disse niveauer af kromatinkomprimering er illustreret her i to kromosomer (orange og blå).
med DNA, der koder for cellens genetiske information, er kondensationen af dette molekyle åbenlyst mere kompliceret, end det kan repræsenteres ved enkle 11 nm eller 30 nm fibermodeller. Transkriptionsmaskineriet kræver adgang til den genetiske information gennem hele cellecyklussen, mens replikationsmaskineriet kopierer DNA ‘ et i S-fase. Denne ekstra kompleksitet er tydelig i nøgleforskelle mellem euchromatin og heterochromatin, og også i lokaliseringen af kromatin i kernen.
det faktum, at der findes iboende mekanismer i kondensering af DNA for at kontrollere adgangen til transkriptions-eller replikationsformål, afspejles i tilstedeværelsen af gentagne DNA-elementer såsom satellitsekvenser såvel som transponerbare elementer inden for heterochromatin, især i de stærkt kondenserede centromerer og telomerer. Disse regioner, der er kendt som konstitutiv heterochromatin, forbliver kondenserede gennem cellecyklussen og transskriberes ikke aktivt. Fakultativ heterochromatin, som kan afvikles til dannelse af euchromatin, er på den anden side mere dynamisk og kan dannes og ændres som reaktion på cellulære signaler og genaktivitet . Denne region indeholder ofte genetisk information, der vil blive transkriberet under cellecyklussen.