het menselijk genoom bevat meer dan 3 miljard basenparen of nucleotiden. Deze nucleotiden, die in een lineaire opeenvolging langs DNA (deoxyribonucleic zuur) worden geschikt, coderen elke proteã ne en genetische eigenschap in het menselijk lichaam. Deze informatie zit in ongeveer 20.000 genen die, verrassend genoeg, slechts een kleine fractie (ongeveer 1,5%) van het totale DNA vertegenwoordigen. De rest bestaat uit niet-coderende opeenvolgingen. De integriteit van de genetische opeenvolging is essentieel voor normale celfunctie en dit wordt benadrukt wanneer de genetische anomalieën onopgemerkt door intrinsieke genetische reparatiemechanismen gaan en tot dysfunctionele proteã nen en diverse ziektestaten leiden.
in de interfasekern zijn chromosomen moeilijk van elkaar te onderscheiden. Toch bezetten ze een discrete ruimte binnen een kern – zogenaamde chromosoom Territorium (grenzen van chromosomen territories worden voorgesteld als rode stippellijnen in de figuur a). Lichtere bevlekte euchromatin (transcriptionally actief) en de vlekken van donkerder heterochromatin (transcriptional stil) zijn, anderzijds, gemakkelijk te visualiseren. Tijdens de celdeling veranderen chromosoomgebieden in sterk gecondenseerde chromosomen, die dan duidelijk van elkaar kunnen worden onderscheiden. Samen, worden mitotic chromosomen, gevisualiseerd in lichte microscoop, genoemd karyotype.
er moeten daarom een reeks processen plaatsvinden die de cel in staat stellen om DNA binnen de grenzen van de kern te verpakken, terwijl het vermogen om de volledige DNA-sequentie te transcriberen en te dupliceren behouden blijft en de integriteit ervan behouden blijft. Dit wordt bereikt door een uitgebreid proces van de condensatie van DNA dat DNA ziet verpakt in 46 chromosomen (of 23 chromosoomparen) in mensen. Het aantal chromosomen varieert van soort tot soort; er zijn bijvoorbeeld 40 chromosomen (20 paren) in muizen, 8 chromosomen (4 paren) in de gewone fruitvlieg en 10 chromosomen (5 paren) in de Arabidopsis thaliana plant.
chromosomen bereiken hun hoogste condensatieniveau tijdens celdeling of mitose, waar ze een discrete 4-armige of 2-armige morfologie krijgen die ongeveer 10.000-voudige verdichting vertegenwoordigt. Hoewel deze zwaar gecondenseerde mitotische vorm de gemeenschappelijkste manier is geworden om chromosomen af te beelden, is hun structuur beduidend verschillend tijdens de interfase. Vergeleken met mitotische chromosomen, zijn interfasechromosomen minder gecondenseerd en bezetten de gehele nucleaire ruimte, waardoor ze enigszins moeilijk te onderscheiden zijn.
net als de vorming van metafasechromosomen wordt de verdichting die nodig is om een volledige reeks interfasechromosomen in de kern te plaatsen, bereikt door een reeks van DNA-vouw -, wikkel-en buiggebeurtenissen die worden vergemakkelijkt door histonen, die zeer geconserveerde basische kerneiwitten zijn die DNA-verdichting mogelijk maken door de negatieve lading van DNA te neutraliseren. Histones schikken over het algemeen als octamer in complex met DNA om nucleosome te vormen. De combinatie van DNA en histone proteã nen die omhoog de nucleaire inhoud maken wordt vaak bedoeld als chromatin.
heterochromatine vs euchromatine
traditioneel wordt interfasekromatine geclassificeerd als euchromatine of heterochromatine, afhankelijk van het verdichtingsniveau. Euchromatin heeft een minder compacte structuur, en wordt vaak beschreven als een vezel van 11 nm die de verschijning van ‘parels op een koord’ heeft waar de parels nucleosomes vertegenwoordigen en de koord DNA vertegenwoordigt. In tegenstelling, is heterochromatin compacter, en wordt vaak gerapporteerd aangezien samengesteld uit een nucleosome reeks die in een vezel van 30 nm wordt gecondenseerd. Opgemerkt moet worden, echter, dat de 30 nm vezel is nooit gevisualiseerd in vivo, en het bestaan ervan is twijfelachtig.
euchromatine heeft een minder compacte structuur, terwijl heterochromatine compacter is en bestaat uit een array van nucleosomen gecondenseerd tot een vezel. Deze niveaus van chromatine verdichting worden hier geïllustreerd in twee chromosomen (oranje en blauw).
met DNA dat de genetische informatie van de cel codeert, is de condensatie van dit molecuul duidelijk ingewikkelder dan kan worden weergegeven door eenvoudige 11 nm of 30 nm vezel modellen. De transcriptiemachines vereisen toegang tot de genetische informatie door de celcyclus, terwijl de replicatiemachines DNA tijdens S-fase zullen kopiëren. Deze toegevoegde complexiteit is duidelijk in zeer belangrijke verschillen tussen euchromatin en heterochromatin, en ook in de lokalisatie van chromatin binnen de kern.
het feit dat er intrinsieke mechanismen bestaan in de condensatie van DNA om de toegang voor transcriptionele of replicatiedoeleinden te controleren, wordt weerspiegeld in de aanwezigheid van repetitieve DNA-elementen zoals satellietsequenties, evenals transposeerbare elementen binnen heterochromatine, met name in de sterk gecondenseerde centromeren en telomeren. Deze gebieden, die als constitutieve heterochromatin bekend zijn, blijven gecondenseerd door de celcyclus en worden niet actief getranscribeerd. Facultatieve heterochromatin, die kan worden afgewikkeld om euchromatin te vormen, anderzijds, is dynamischer van aard en kan in reactie op cellulaire signalen en genactiviteit vormen en veranderen . Dit gebied bevat vaak genetische informatie die tijdens de celcyclus zal worden getranscribeerd.