Mitose, kopie van Histone verbindingen DNA

[The_Butler]

Het is nogal een biologisch technisch vraagstuk, maar het houd me al een paar dagen bezig...

DNA wordt netjes bij elkaar gehouden door Histonen, waar het DNA 1.7 keer omheen gewikkeld wordt. Naast een leuk pak materiaal zijn deze Histonen ook van essisencieel belang om markeringen (boodschappen als: dit is ge de-activeerd, dit moet gebruikt worden, hier zit een fout etc etc.) aan te brengen op een stuk DNA. Het boek dat ik puur uit interesse lees (Molecular Biology of the Cell, 5th edition) gaat hier diep op in, en deelt mee dat veel van dit soort markeringen worden gekopieerd naar de dochter cel tijdens cel deling (mitose), vooral de gede-activeerrde delen (wat wil een lever cel met eiwitten bedoeld voor een huid cel, die moeten "uit" staan).

En hier zit ik vast, in de tekeningen / uitleg wordt me niet duidelijk gemaakt hoe dit proces werkt / kan werken. Zijn er hier mensen met een biologische achtergrond die me een beetje op weg kunnen helpen/uitleg kunnen geven? Het beeld dat mij wordt geschetst is namelijk dat tijdens cel deling deze informatie juist verloren gaat...


ik wil maar al te graag meer uitleg geven mocht dat gewenst zijn...

[Verwijderd]

De reden dat je dit niet terug vindt in Alberts is dat onderzoek naar histonmodificaties nog in volle gang is. Vast staat dat sommige histonmodificaties overgedragen worden van moeder naar dochtercellen tijdens mitose, over het precieze mechanisme wordt nog volop gediscussieerd. Het onderzoek is sinds 2007 (toen dat boek gepubliceerd werd) overigens wel een stuk verder gevorderd.

Wat in ieder geval wel belangrijk is te beseffen, is dat histonmodificaties dynamisch zijn. Histonen zelf zijn namelijk niet permanent gebonden in nucleosomen, maar associeren en dissocieren regelmatig. Waarschijnlijk zowel door actieve processen (bijvoorbeeld transcriptie, waarbij de passage van de transcriptie-machinerie een deel van de histonen los raakt van het nucleosoom en er slechts een kernnucleosoom gebonden blijft) als door diffusie.

Daarmee zou je verwachten dat histonmodificaties ook vanzelf zouden verdwijnen. Echter, de cel bevat allerlei positieve feedback mechanismen (o.a. de polycomb complexen) om modificaties te vernieuwen. Voor silencing van genen wordt niet 1 histon gemodificeerd, alle histonen in de omgeving krijgen dezelfde modificatie. Polycomb complexen binden aan reeds gemodificeerde histonen, en zorgen er vervolgens voor dat naburige histonen dezelfde modificatie krijgen. Als er dus een keer een histon vervangen wordt, krijgt het nieuwe histon via deze mechanismen dezelfde modificaties als zijn voorganger op basis van het feit dat alle buur-histonen die modificaties nog wel hebben. Bovendien baseren deze processen zich op DNA methylatie, wat wel een permanente modificatie is (tenminste totdat een of ander enzym het verwijdert).

DNA methylatie overleeft mitose in ieder geval. DNA methylatie is namelijk symmetrisch, dat wil zeggen dat beide strengen van DNA gemethyleerd worden (er is ook asymmetrische methylatie, maar dat heeft een andere functie). Dat wil dus zeggen dat beide strengen tijdens replicatie een kopie van de methylatie meekrijgen. Vervolgens zijn er enzymen die die methylatie opzoeken en ook de andere streng methyleren. DNA methylatie is dus overerfelijk. Histonmodificaties kunnen op basis van DNA methylatie worden teruggeplaatst, maar sommige modificaties kunnen ook direct overgezet worden. Tijdens DNA replicatie zijn de nucleosomen namelijk niet geheel weg, slechts een zeer klein deel van het DNA direct in de replicatievork is onbedekt met nucleosomen. Direct daarachter worden beide strengen weer geassocieerd met nucleosomen. Deze zitten dan nog vlak bij elkaar, wat gelegenheid geeft om eventuele modificaties over te dragen.

[monkyswing]

Wat ingewikkeld zeg. En maar denken dat ik zelf veel wist.
Ik kan het het alleen maar een algemene beschrijving geven als "het zelfbewuste algoritme van het leven"

[The_Butler]

Verwijderd schreef op vrijdag 16 september 2011 @ 08:21:
Bovendien baseren deze processen zich op DNA methylatie, wat wel een permanente modificatie is (tenminste totdat een of ander enzym het verwijdert).

Allereerst bedankt voor je uitvoerige reactie Captain Proton, ik was me niet bewust van het bovenstaande, dat methylatie ook direct op het DNA wordt toegepast.

je zegt dat DNA aan beide kanten dezelfde metyl groep(en) heeft en dat dit netjes wordt over gekopieerd (er zullen we enzymen zijn die controleren dat beide kanten gelijk zijn, en zo niet de CH3 groep toevoegen). Voor zover het mij duidelijk is gemaakt (maaar mischien ga ik hier juist de fout in) hebben histonen niet deze redundantie. dan zijn er drie mogelijkheden

1) een speciaal enzym controleerd voor het "forken" van het DNA op markeringen specefieke Dimers (bijv. H3) en zorgt dat beide kanten van het DNA uitgerust worden met dezelfde histonen.

2) het proces deelt het DNA normaal, maar de histonen (4 dimers aan iedere kant) op een willekeurige manier, en het is hopen dat latere processen zoals door capt Proton aangegeven zichzelf aanvullen / heel maken. ( dit is hoe de uitleg op me over komt in mijn boek, en ik ben er van overtuigd dat in een super gereguleerd process als Mithose de natuur dingen niet over laat aan het toeval, deze redenering "voelt" dus niet goed aan)

3) het proces deelt het DNA en de histonen (4 dimers aan iedere kant) op een ge-ordende manier, altijd dezelfde 4 dimers naar een kant. Probleem hier is dat als er maar 1 dimer is met een Lysine staart die op twee plekken gehydraliseerd is deze pertinent naar 1 DNA streng gaat, en dat dus alleen de dochter cel deze markeringen behoud...

Ik moet eigenlijk op zoek naar een goed plaatje... zegt zoveel meer dan woorden

[Verwijderd]

je zegt dat DNA aan beide kanten dezelfde metyl groep(en) heeft en dat dit netjes wordt over gekopieerd (er zullen we enzymen zijn die controleren dat beide kanten gelijk zijn, en zo niet de CH3 groep toevoegen).

Deze zijn er inderdaad.

Voor zover het mij duidelijk is gemaakt (maaar mischien ga ik hier juist de fout in) hebben histonen niet deze redundantie. dan zijn er drie mogelijkheden

1) een speciaal enzym controleerd voor het "forken" van het DNA op markeringen specefieke Dimers (bijv. H3) en zorgt dat beide kanten van het DNA uitgerust worden met dezelfde histonen.

2) het proces deelt het DNA normaal, maar de histonen (4 dimers aan iedere kant) op een willekeurige manier, en het is hopen dat latere processen zoals door capt Proton aangegeven zichzelf aanvullen / heel maken. ( dit is hoe de uitleg op me over komt in mijn boek, en ik ben er van overtuigd dat in een super gereguleerd process als Mithose de natuur dingen niet over laat aan het toeval, deze redenering "voelt" dus niet goed aan)

3) het proces deelt het DNA en de histonen (4 dimers aan iedere kant) op een ge-ordende manier, altijd dezelfde 4 dimers naar een kant. Probleem hier is dat als er maar 1 dimer is met een Lysine staart die op twee plekken gehydraliseerd is deze pertinent naar 1 DNA streng gaat, en dat dus alleen de dochter cel deze markeringen behoud...

Ik moet eigenlijk op zoek naar een goed plaatje... zegt zoveel meer dan woorden

Er zijn nog wel meer mogelijkheden, zoals de feedback met DNA-methylatie (dus histonmodificatie wordt hersteld aan de hand van DNA-methylatie). Mocht je op zoek zijn naar plaatjes en toegang hebben tot wetenschappelijke literatuur, zoek dan eens op Ton Misteli. Die produceert aan de lopende band review artikelen over chromatine die wel redelijk leesbaar zijn en bovendien vol staan met plaatjes.

Verder zijn er zeer veel stochastische processen in de celkern, bijvoorbeeld transcriptie is ervan afhankelijk dat allerlei factoren bij elkaar komen door middel van diffusie, een stochastisch proces. Dat hoeft geen probleem te zijn zolang de kans dat het goed komt, maar groot genoeg is Daarnaast, al mislukt er een keer een celdeling en wordt er een gen aangeschakeld dat niet aan gemoeten had, dan nog is er geen probleem. Genetische netwerken zitten zo vol met positieve en negatieve feedback mechanismen dat een enkel verkeerd tot expressie gebracht gen in 1 cel zelden tot een blijvend probleem leidt.