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In ogni cellula eucariotica, il DNA non è una molecola fluttuante ma un’entità altamente organizzata che deve inserirsi in uno spazio microscopico garantendo al tempo stesso un’ereditarietà accurata e un’adeguata attività genetica. L'impacchettamento stretto del DNA in nucleosomi e cromosomi è essenziale per questi compiti.
Il DNA è un polimero di nucleotidi che forma filamenti a doppia elica. Questi filamenti si avvolgono attorno alle proteine istoniche per formare i nucleosomi, le unità ripetitive fondamentali della cromatina. La particella centrale del nucleosoma, costituita da un ottamero di istoni (H2A, H2B, H3 e H4), è avvolta da circa 147 coppie di basi di DNA, creando un aspetto "perline su filo". Un'ulteriore compattazione comporta il ripiegamento di ordine superiore delle matrici di nucleosomi in fibre da 30 nm e oltre, culminando nei cromosomi altamente condensati osservati durante la mitosi.
Riferimenti:Natura 2021 , Libreria NCBI
Durante la maggior parte del ciclo cellulare, la cromatina rimane in uno stato leggermente piegato, consentendo al meccanismo trascrizionale l’accesso ai geni. La condensazione avviene durante la profase e la metafase della mitosi, quando la cromatina condensata si lega in cromosomi distinti. Questa compattazione garantisce che ogni cellula figlia riceva una copia esatta del genoma.
Prima della mitosi, il genoma viene duplicato durante la fase S, producendo cromatidi fratelli che si allineano lungo la piastra metafasica. Il corretto allineamento e la tensione dei microtubuli del fuso garantiscono una segregazione accurata. La mancata condensazione o il disallineamento dei cromosomi possono portare all'aneuploidia, spesso il segno distintivo delle cellule cancerose, o alla morte cellulare.
Riferimenti:Cell 2016 , Scienza 2017
I fattori di trascrizione (TF) si legano a specifici motivi di DNA nelle regioni promotrici o potenziatrici per attivare o reprimere la trascrizione genica. Quando la cromatina è aperta, i TF e la RNA polimerasi II possono accedere facilmente al DNA. Al contrario, la cromatina strettamente avvolta occlude fisicamente i siti di legame, sopprimendo la trascrizione.
Le code degli istoni possono subire modificazioni post-traduzionali – acetilazione, metilazione, fosforilazione – che modulano l’affinità DNA-istone. Ad esempio, l’acetilazione dell’istone neutralizza le cariche positive, riducendo la stabilità del nucleosoma e promuovendo uno stato di cromatina aperta. Al contrario, la metilazione su alcuni residui può attivare o reprimere la trascrizione a seconda del contesto.
Questi cambiamenti dinamici costituiscono il panorama epigenetico che determina i modelli di espressione genetica specifici del tipo di cellula senza alterare la sequenza del DNA sottostante.
Riferimenti:Nature Reviews Molecular Cell Biology 2013 , Cell Systems 2020
