Estrutura e Função da Cromatina no Núcleo Interfásico

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NÚCLEO INTERFÁSICO
Profa. Dra. Maria Tercília Vilela de Azeredo Oliveira
Profa. Dra. Ester Tartarotti
Pós graduandos:	- Maurício Papa de Arruda
			- Sabrina de Santos Rochel
			- Ana Carolina Borella Anhê
Disciplina: Biologia Celular – Depto de Biologia – IBILCE - UNESP
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II) NÚCLEO INTERFÁSICO:
A) Cromatina: Estrutura e Função
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Núcleo interfásico
Cromatina pode estar compactada ou descompactada
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Núcleo divisão
Cromatina altamente compactada
Constituindo os cromossomos
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TIPOS DE CROMATINA
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Eucromatina
Difusa, não compactada na intérfase ativa (transcrição)
Heterocromatina
 Constitutiva: ocorre em regiões correspondentes de ambos os cromossomos homólogos: não transcreve. Ex: heterocromatina centromérica
 Facultativa: presente em apenas um dos cromossomos no par; codificadora inativa. Ex: cromossomo X de mamíferos
No nível bioquímico e funcional a cromatina divide-se: 
Eucromatina Heterocromatizada Facultativamente
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Cromatina
 
Tipos:
- Heterocromatina
- Eucromatina
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Eucromatina
~10% forma ativa
Restante: inativa
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Heterocromatina Facultativa
Em um mesmo organismo:
Condensada em algumas células 
Descondensada em outras
Cromossomo X Fêmeas
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COMPOSIÇÃO
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CROMATINA
Composição
DNA
RNA
Histonas
Proteínas não Histônicas
 Enzimas nucleares
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Classes de DNA
Seqüência única (10 a 80%). Ex: Genes estruturais (hemoglobina, ovoalbumina)
Seqüência medianamete repetida (10 a 40%). Ex: Genes para RNAr, RNAt e histonas
Seqüências altamente repetida (0 a 50%). Ex: Genes transcritos a partir do DNA satélite (região centromérica)
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RNAs
- RNAt
- RNAm
- RNAr
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Proteínas nucleares
A) Protaminas: proteínas básicas simples, baixo peso molecular. Ex: SPTZ peixes
B) Histonas: proteínas básicas, alto peso molecular 
 proteínas estruturais, enorme quantidade 
 possuem: lisina, histidina, arginina 
C) Proteínas não histônicas ou acídicas
D) Enzimas nucleares 
 
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 HISTONAS
FUNÇÃO: Transcrição do DNA
TIPOS: H1, H2A, H2B, H3, H4 e H5
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Histonas
 Altamente conservada
 Participam da arquitetura molecular das fibras cromatínicas
 Facilitam a ligação à molécula de DNA
 DNA:Histonas (1:1)
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Moléculas de Histonas possuem 3 regiões
Região Globular
2 regiões filamentosas
Aa básicos
Principalmente nos segmentos
Amino terminal
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Não histônicas (NHC) ou acídicas
FUNÇÃO: 	Enzimático
		Estrutural
		Transcrição-Replicação
		Condensação-Descondensação
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Ultra-estrutura da Cromatina
Histórico
 Ris (1956): DNA + proteínas: sistema de fibras de  200-250 A de diâmetro com 4 fios em dupla hélice enrolados
 Du Praw (1965): núcleos de células embrionárias de abelha em choque hipotônico, isolamento fio cromatínico
Microscopia eletrônica: 
Filamento irregular variando sua espessura de 200-500 A
Tratamento com tripsina 0,001%
Du Praw / Bahr (1969): 
Fibra A, menos proteínas ligadas ao DNA
Fibra B, filamento intacto (DNA + proteínas)
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Ultra-estrutura da Cromatina
Histórico
Olins e Olins, 1974
 Núcleos de timo e fígado de rato tratados com cloreto de potássio
Não histônicas
Portanto resta histônica + DNA
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A) Estrutura nativa: fibra de 30nm 
B) Após tratamento: cromatina em forma de contas
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Ultra-estrutura da Cromatina
Histórico
Kornberg et al., 1974
 Novo arranjo de histonas e DNA na cromatina 200 PB
H2A (2) – H3 (2) – H1 (1) – H2B (2) – H4 (2)
 Quantidade não conhecida
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Ultra-estrutura da Cromatina
Histórico
Oudet (1975)
 Core nucleossômico: unidades que se repetem após o tratamento com tripsina (sem H1)
 Nucleossomo: unidade que se repete na cromatina (todas histonas + DNA)
 “Spacer” ou “linker”: espaço ou região ligadora
 DNA ligados ou ligamento: espaço entre um core e outro 
Weintraub (1975)
 Nuclease estafilocócica / tripsina 
DNA
proteínas
Arranjo das histonas interno à hélice do DNA
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Nucleossomo: 
- 1 molécula histona H1
- 2 moléculas de cada histona: H2A, H2B, H3 e H4
- 200 pb 
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Nucleossomo
(Core nucleossômico + Filamento espaçador)
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Complexo de Proteínas e DNA
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Ultra-estrutura da Cromatina
Histórico
Finch (1977)
 Cristalização dos “core nucleossômicos” e eletromicrografia 
 Modelo proposto core nucleossômicos 
Estrutura cilíndrica
1 volta e ¾ de DNA
140 PB
Octâmero de histonas 
130 A no diâmetro e 50 A na altura 
 Histonas (internas à hélice do DNA) 
 2 H3 tetrâmero central + 2 H4
 2 H2A dímeros (um de cada lado) + 2 H2B 
 Nucleases: 
 DNAse I: rompe DNA 10 ou múltiplo, 10 nucleotídeos
 DNAse II: rompe DNA 100 nucleotídeos 
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Ultra-estrutura da Cromatina
Histórico
Felsenfeld (1978)
 Papel das histonas 
Complexos 
(H3 e H4)
(H2A e H2B)
H3, H4, H2A, H2B) 
 H3 e H4 (ricas em arginina): 
 Formam dímeros quando em solução sendo essenciais ao enrolamento do DNA. Papel central na formação do nucleossomo. 
 H2A e H2B (pobres em lisina): 
Importante na compactação do DNA (são “imitadas” por H3 e H4). 
 H1 (rica em lisina): 
Função estabilizadora da estrutura do nucleossomo levando à formação de mini-solenóides (“super-bead”). 
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 Histona H1
Na compactação de nucleossomos
adjacentes
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Nucleossomo
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Modelos de Worcel para a posição de H1 (1979)
Entrelaçamento contínuo de H1 (solenóide contínuo)
(NH2 terminal com grupo COOH terminal) estabiliza a fina fibra de 100 A levando à formação do filamento mais grosso (200 a 300 A). A cada 6-8 nucleossomos – mini-solenóides.
Entrelaçamento descontínuo de H1 (solenóide descontínuo)
- Esse modelo dá maior flexibilidade à fibra de 200 a 300 A. A cada 10 nucleossomos há um nucleossomo que contêm proteína não histônicas no lugar do H1.
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A cada 6 nucleossomos  30 nm  mini-solenóide
Vista frontal Vista lateral
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NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO DA CROMATINA
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Molécula de DNA – 2nm (10PB) – (Grau de empacotamento 1)
Filamento cromatínico fino de 10 nm de diâmetro (arranjo linear dos nucleossomos – filamento nucleossômico ou nucleofilamento) – (Grau de empacotamento 6-7)
Fibra mais grossa – 20 a 30 nm de diâmetro: Mini-solenóide (6 a 10 nucleossomos) – (Grau de empacotamento  40)
Série de domínios de alças  0,25 µm – (Grau de empacotamento 680)
Conjunto dos domínios de alças  0,84 µm Super-solenóide  cromossomo – (Grau de empacotamento 1,2 x 104)
10.000x
Níveis de Compactação do DNA
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Empacotamento do DNA com Histonas
Fibras de 10nm de diâmetro 
Separadas por segmentos de DNA de ~80pb
Enrolamento em fibras de 30nm- mini-solenóide
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Esquema das fibras cromatínicas
Fibra
de 30nm
Mantida pela associação das Histonas H1
Centro do solenóide
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Nucleossomo
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Cromatina
Estrutura
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Organização cromatínica
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Níveis de Organização do Filamento Cromatínico
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Compactação organizada da Hélice do DNA
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Compactação da Hélice do DNA
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II) NÚCLEO INTERFÁSICO:
B) Cromossomos metafásicos
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Níveis de Organização cromatínica: Cromossomo mitótico
Condensação: acompanhada pela fosforilação H1
Cromossomo Metafásico
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Compactação da Hélice do DNA
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CROMOSSOMOS METAFÁSICOS
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Cromossomos Metafásicos
 
 Número
 Tamanho
 Posição do Centrômero
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Classificação do Cromossomo 
Baseada na posição do Centrômero
Cromossomo Metafásico
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Centrômero
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Cromossomo mitótico
Duas Moléculas de DNA filhas- Replicação do DNA em S
Compactadas separadamente - Cromátides irmãs 
 unidas pelo Centrômero
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Cromátide de um cromossomo Mitótico
Cromatina organizada em um série de alças
Alças- emanam de eixo central: proteínas não histônicas
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Cromossomo metafásico
Alças da cromatina
Ancoradas em andaime
Proteíco (proteínas não histônicas - NHC)
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Proteínas Não Histônicas
“Scaffold”
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Eixo central
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Halo de DNA
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Constrições secundárias
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Constrições Secundárias (RONs)
 
Bandamento NOR
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Telômeros
Marcação específica: sondas teloméricas