Consente la distribuzione efficiente e accurata del materiale genetico alle cellule figlie durante la divisione cellulare, garantendo la conservazione dell'informazione genetica e il corretto funzionamento dell'organismo.
I livelli gerarchici di confezionamento del genoma sono i seguenti:
1. Nucleosomi:
Il livello primario di confezionamento del DNA prevede la formazione di nucleosomi, che sono unità ripetitive di DNA avvolte attorno alle proteine istoniche. Il DNA si avvolge attorno agli ottameri istonici, costituiti da due copie ciascuno degli istoni H2A, H2B, H3 e H4 per formare una struttura chiamata nucleo del nucleosoma. Il DNA si avvolge attorno al nucleo dell'istone in modo superelicoidale sinistrorso. I nucleosomi sono ulteriormente collegati dal DNA linker e dall'istone H1, che aiuta a stabilizzare la struttura del nucleosoma e a condensare il DNA.
2. Fibra di cromatina:
I nucleosomi si impacchettano ulteriormente in una struttura di ordine superiore nota come fibra di cromatina o fibra da 10 nm. Questo livello di organizzazione prevede l'avvolgimento dei nucleosomi in una struttura a solenoide. Il DNA di collegamento tra i nucleosomi interagisce con l'istone H1 e si piega, consentendo ai nucleosomi di entrare in contatto più stretto. Questo crea una disposizione a zigzag o a spirale dei nucleosomi, formando la fibra della cromatina.
3. Domini di loop e domini di associazione topologica (TAD):
La fibra della cromatina si organizza ulteriormente in domini ad anello o strutture ad anello, che sono mantenute da proteine chiamate coesine. Questi domini ad anello aiutano a regolare l'espressione genica e il ripiegamento del genoma. All'interno dei domini ad anello, le regioni del genoma che interagiscono frequentemente o sono coinvolte nei processi di regolazione si avvicinano molto, formando domini topologicamente associativi (TAD). I TAD sono importanti per l'organizzazione e la funzione del genoma, poiché facilitano le interazioni tra elementi regolatori distanti e geni bersaglio.
4. Cromosomi in metafase:
Durante la divisione cellulare, in particolare nella mitosi, la cromatina subisce un'estesa compattazione e condensazione per formare cromosomi metafasici visibili. Queste strutture sono altamente condensate e organizzate, consentendo la loro segregazione durante la divisione cellulare. Il processo di condensazione prevede l'azione delle condensine, che sono complessi proteici che stabilizzano e mantengono la struttura di ordine superiore dei cromosomi. Le coesine svolgono anche un ruolo vitale nel tenere insieme i cromatidi fratelli fino al momento opportuno per la separazione durante l'anafase.
5. Cromosomi mitotici:
I cromosomi mitotici sono la forma più condensata del genoma e si osservano durante la fase metafase della mitosi. Ciascun cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli, risultanti dalla replicazione del DNA durante la fase S del ciclo cellulare. I cromatidi fratelli sono copie identiche del DNA e sono tenuti insieme dalle coesine. Il centromero, una regione specializzata del cromosoma, funge da punto di attacco per le fibre del fuso durante la divisione cellulare, garantendo la corretta separazione e distribuzione dei cromatidi fratelli alle cellule figlie.
In conclusione, il genoma viene confezionato nei cromosomi attraverso un processo a più fasi che coinvolge la formazione dei nucleosomi, l'organizzazione delle fibre cromatiniche, la formazione del dominio ad anello e del TAD e la condensazione finale nei cromosomi mitotici. Questo confezionamento gerarchico consente un'efficiente gestione del genoma, una regolazione genetica e una fedele segregazione durante la divisione cellulare, garantendo l'accurata trasmissione del materiale genetico alle generazioni future e il corretto funzionamento dell'organismo.
