| 3η Διάλεξη: Λοιπόν, η σημερινή μας διάλεξη θα επικεντρωθεί σε θέματα δομής και οργάνωσης γενετικού υλικού και συγκεκριμένα θα εστιάσουμε την προσοχή μας στα εξής τέσσερα σημεία. Στην οργάνωση της γενετικής πληροφορίας πώς είναι οργανωμένη, το πού εδράζεται, θα πούμε ότι εδράζει στο DNA και θα πούμε για τα πειράματα τα οποία απέδειξαν ότι η γενετική πληροφορία πράγματι είναι εκεί αλλά μπορεί και να μεταφερθεί από οργανισμό σε οργανισμό υπό προϋποθέσεις βέβαια. Κατόπιν θα μιλήσουμε για το πώς οργανώνεται το DNA σε χρωματίνη και χρωμοσώματα. Θα μιλήσουμε λίγο για τη δομή κυρίως ευχαριοδικής χρωματίνης και θα μιλήσουμε και για τις ανώτερες μορφές οργάνωσης χρωματίνης και θα τελειώσουμε ουσιαστικά λέγοντας για το πώς η δομή της χρωματίνης δεν είναι μια στατική μορφή αλλά είναι κάτι δυναμικό το οποίο αλλάζει ανάλογα με τον κύκλο ζωής του κιτάρου, με τη φάση που βρίσκεται στον κυκλοκύλλο κ.ο.κ. Αλλά ξεκινήσουμε λοιπόν με τρία ερωτήματα. Το πρώτο είναι πώς είναι οργανωμένη η γενετική πληροφορία γενικά σ' όλους τους οργανισμούς. Δύο, η δεύτερη ερώτηση είναι υπάρχουν διαφορές στην οργάνωση της γενετικής πληροφορίας μεταξύ προχαριωτών και ευχαριωτών. Και τέλος, υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ της οργάνωσης γενετικής πληροφορίας και της γονδιακής έκφρασης, δηλαδή του τελικού αποτελέσματος, για το οποίο έχουμε το γενετικό υλικό, το οποίο είναι να εκφραστεί και να κωδικοποιήσει και να βοηθήσει η σύνδεση των πρωτεϊνών, τις οποίες κωδικοποιεί. Κατ' αρχάς, πριν απαντήσουμε σε αυτές τις ερωτήσεις θα πρέπει να δούμε, και θα το ξαναπούμε και σε άλλες ομιλίες, το βασικό δόγμα της μοριακής βιολογίας, το οποίο είναι ποιο, DNA κάνει RNA, κάνει πρωτεΐνη, δηλαδή το DNA, το γενετικό υλικό, μεταγράφεται σε ένα ενδιάμεσο μόριο, το οποίο το λέμε αγγελιοφόρο RNA ή mRNA, το οποίο κατόπιν είναι αυτό το οποίο αφού μεταφορεθεί στα ριβοσωμάτια, αποκωδικοποιείται και οδηγεί στη σύνθεση των πρωτεϊνών, που είναι πολυπηρικές αλυσίδες, μία ή περισσότερες όπως είπαμε και στην προηγούμενη διάλεξη. Που εδράζεται όμως η γενική πληροφορία? Το βλέπουμε ότι ανεξάρτητα αν μιλάμε για έναν απλό προκαριότη όπως το κολοδακτηρίδιο ή αν μιλάμε για έναν ανώτερο ευκαριότη όπως τον άνθρωπο, η γενική πληροφορία πάντα εδράζεται στο DNA και όπως θα πούμε συνέχεια, το DNA στα κύτερα μπορεί να είναι διαφορετικό, εδώ βλέπουμε τα χρωμοσώματα, τα βακτηριακά είναι κυκλικά ενώ οι ευκαριότητες συνήθως έχουν πολλαπλά γραμμικά χρωμοσώματα. Αλλά και στην μια περίπτωση και στην άλλη αυτό το οποίο θα δούμε και συνέχεια είναι το DNA δεν είναι γυμνό, βρίσκεται οργανωμένο σε μορφή χρωματίνης που είναι σύμπλογα αυτού γενικού υλικού, το DNA μαζί με εξειδικευμένες πρωτεΐνες, άλλες συναιδομικές, άλλες συνειδουργικές. Αλλά για να ξεκινήσουμε από την αρχή, γνωρίζαμε από πάντα ότι η γενική πληροφορία εδράζει στο DNA, τώρα το θεωρούμε αυτονόητο, αλλά το γνωρίζαμε πάντα, η απάντηση είναι όχι. Συστορικούς όρους αυτό έγινε πάρα πολύ πρόσφατα, δηλαδή δεν έχουμε καν 100 χρόνια που το γνωρίζουμε. Πώς θα ανακαλύθηκε ότι είναι το DNA, κατ' αρχάς πρώτα χρειαζόμασταν ένα τρόπο για να προσεγγίσουμε αυτή την ερώτηση. Πρέπει να δούμε ποιο είναι το γενικό υλικό και πως μπορούμε να το δούμε αυτό. Το γενικό υλικό είναι κάτι το οποίο αν το αφερθεί από έναν οργανισμό, από ένα κύτταρο σε κάποιο άλλο, θα το αλλάξει ιδιότητες. Το 1928 ο Φρέντερη Γκρίφηδ έδειξε ότι πραγματικά ένα τέτοιο υλικό υπάρχει, το ονόμασε μεταμορφωτική αρχή και πως το ανακάλυψε. Το ανακάλυψε γιατί όταν παρατήρησε ότι όταν αναμύγνει νεκρούς μικροοργανισμούς συγκεκριμένα, κάποιους πνευμονιόκοκους, τους οποίους το είχε απενεργοποιήσει με θέρμαση, με ζωντανά βακτήρια, πάλι πνευμονιόκοκους, οι οποίοι όμως δεν ήταν παθογόνοι. Τότε τι παρατήρησε, ότι αυτή η ανάμυξη οδήγησε σε μεταμόρφωση των μη παθογόνων πνευμονιοκόκων σε παθογόνους, οι οποίοι σκότωσαν τα πειραματόζωά τους, σε αυτήν την περίπτωση, ποντίκια. Λοιπόν, αυτό τι έδειξε. Έδειξε ότι υπάρχει μια ουσία στους νεκρούς παθογόνους οργανισμούς, οι οποίοι μπορεί να μεταφερθεί στους μη παθογόνους και αφού μπει μέσα σ' αυτούς και αφού εκφραστεί να τους αλλάξει το φαινότυπο και να τους κάνει παθογόνους. Λοιπόν, αυτό, όπως σας είπα, ο Φρέντερ Γκρίφης το ονόμασε μεταμορφωτική αρχή, μεταμορφωτική ουσία και αυτόν του τύπου το πείραμα έδωσε σε πιο καθαρούς βιοχημικούς, όπως ο Ασφαλτ Έιβερυ και η ομάδα του, δηλαδή η Μακλάουντ και η Μακάρντι, ένα τρόπο να προσπαθήσουν να βρουν τελικά ποια ουσία είναι αυτή η μεταμορφωτική αρχή. Και αφού προχώρησαν σε κλασμάτωση και βιοχημικό διαχωρισμό των διαφόρων στατικών του κυτάρου, απέδειξαν ότι μόνο όταν αναμυγνύουν το DNA, το οποίο απομονώθηκε από τους νεκρούς παθογόνους πνεμονιόκοπους με τους μη παθογόνους, το DNA έχει το ρόλο της μεταμορφωτικής αρχής. Δηλαδή μπορεί να αλλάξει και το φαινότυπο, να κάνει δηλαδή τους πνεμονιόκοπους και πιο παθογόνους, αλλά ταυτόχρονα να αλλάξει και την μορφολογία τους, την μορφολογία των απηγειών που σχηματίζουν όταν απλώνονται αυτά τα μπακτήρια πάνω σε πιάτα, τα οποία περιέχουν οι μη στερεάθρεπτικά υλικά. Βέβαια, τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα του Avery δεν έγιναν αμέσως αποδεχτά, γιατί κριτική ήταν ότι πώς γνωρίζουμε ότι αυτό το οποίο χρησιμοποιεί ο Avery είναι μόνο DNA και ότι δεν υπάρχει κάποια πρόσμηξη από πρωτεΐνη κύριος, ή κάποιο άλλο παράγοντα ο οποίος ήταν η αληθινή μεταμορφωτική αρχή. Το πρόβλημα υπήρχε, γιατί εκείνη την εποχή ακόμα το DNA το θεωρούσαν ένα πολύ απλό και ένα πολύ βαρετό μόριο, το οποίο αποτελείται από μόνο τέσσερις βάσεις, άρα δεν μπορούσε να έχει την πολυπλοκότητα που χρειάζεται να έχει, κατά την αντίληψη της εποχής εκείνης, ένα μόριο το οποίο μεταφέρει και περιέχει γενική πληροφορία τόσο πολυπλοκή, ώστε να συντηρεί τη ζωή είτε απλών μικροοργανισμών, είτε πιο πολυπλογών όπως τα φυλαστικά. Επομένως δεν μπορούσαν να δεχτούν ότι το DNA μπορεί να είναι το γενετικό υλικό. Το τελικό πείραμα όμως, το οποίο απέδειξε σε όλον τον κόσμο ότι πράγματι το DNA είναι το γενετικό υλικό, αυτό έκαναν ο Αλφερ Χέρσι με τη βοηθόν του, την Μάρθα Τσέις, στο εργαστήριο στο Cold Spring Harbor, στο Long Island της Νέας Υόρκης, όπου έκαναν πάρα πολύ απλό και πάρα πολύ έξυπνο πείραμα, εκμεταλλευόμενοι την διαθεσιμότητα που υπήρχε εκείνη την εποχή και το γεγονός ότι άρχισαν να υπάρχουν διαθέσιμα διάφορα ισότοπα. Λοιπόν, δηλαδή κάποιες ραδιεμενεργές μορφές κάποιων ανθρώπων συγκεκριμένα. Τι έκαναν οι Χέρσι και Τσέις. Πήραν λοιπόν ένα DNA φάγο, τον TAF2 φάγο και το μεγάλωσαν σε θρεπτικά υλικά, ο φάγος εισηκά δεν μπορεί να μεγαλώσει μόνος του, έπρεπε να μεγαλώσουν βακτήρια μέσα στα οποία να μπει ο φάγος να τα μολύνει και έτσι ώστε να πολλαπλασιαστεί. Τα βακτήρια και ο φάγος μεγάλωσαν σε θρεπτικά υλικά τα οποία περιείχαν είτε ραδιενεργό θείο, το θείο 35, ή ραδιενεργό φόσφορο, το φόσφορο 32. Η ιδέα ποια ήταν. Ότι ο φόσφορος υπάρχει μόνο στα νουκλενικά οξέα, ενώ αντίστοιχα το θείο δεν ενσωματώνεται στα νουκλενικά οξέα, που ενσωματώνεται, ενσωματώνεται μόνο στις πρωτεΐνες και συγκεκριμένα στα δύο αμίνοξεα περιέχουν, τα οποία περιέχουν θείο, δηλαδή μεθιονίνι και θυμκιστέινι. Λοιπόν, αφού λοιπόν μεγάλωσαν το φάγο είτε παρουσία του ενός ραδιενεργού ισοτόπου ή του άλλου, έκανε ένα απλό πειράμα το οποίο ονομάστηκε το πειράμα των μπλέντερ. Πρώτα λοιπόν μόλιναν κύτταρα ή κολλά ή κολοβακτηρίδια με το τάμφτιο θείο φάγο. Η ιδέα ήταν πάρα πολύ απλή. Το γενετικό υλικό του φάγου θα πρέπει με κάποιο τρόπο να μπει μέσα στα βακτήρια. Άρα αυτό που μπαίνει μέσα στα βακτήρια είναι το γενετικό υλικό, το οποίο κατόπιν θα εκφραστεί και θα δώσει καινούργιους φάγους. Ό,τι δεν είναι χρήσιμο θα μείνει απ' έξω. Λοιπόν, αφού έκαναν τη μόλιση, κατόπιν έβαλαν το μείωμα των βακτήριων και του φάγου σε ένα μπλέντερ, έτσι ώστε να διασπάσουν τα συμπλοκαταπείες σχηματίσθηκαν, και κατόπιν μια απλή υφυγοκέντριση, μάζευσαν τα βακτήρια και έκαναν μια πολύ απλή ερώτηση. Τι βρίσκω στο ίζημα. Βρίσκω θείο 35, πρωτεΐνη, ή βρίσκω φόσφορο 32, νουκλενικό οξύ, DNA. Και αυτό το οποίο παρατήρησαν ήταν ότι ενώ το θείο 35 δεν έμπαινε μέσα στα κύττα, αλλά παρέμενε στο περιβάλλον, ο φόσφορος 32 έμπαινε μέσα στα κύτταρα και μάλιστα μπορούσαν να τον ξαναπομονώσουν με τη μορφή του φάγου. Άρα λοιπόν το DNA αποδείχτηκε ότι ήταν το γενετικό υλικό. Γιατί το DNA το οποίο περιέχει φόσφορο ήταν αυτό το οποίο έμπαινε μέσα στα βακτήρια. Και κατόπιν πακεταριζόταν και γινόταν καινούργιος φάγος. Επομένως το 1952 όλοι πίστεψαν ότι πράγματι το DNA είναι το γενετικό υλικό. Τώρα πράγματι γνωρίζουμε πολύ περισσότερα. Και γνωρίζουμε ότι αυτό το οποίο είδε τότε ο Γρήφιδ και τα έκανε και ο Αίβερη, δηλαδή προσπάθειες να βάλουν ένα DNA σε βακτήρια για να εκφραστεί και να αλλάξει ο φαινότυπος, τώρα εμείς μπορούμε να το κάνουμε και με άλλους υποσκητάρων. Κεφαριοντικών, απλών εφχαριοντικών, μήκητες για παράδειγμα, φοιτικών κητάρων ή κητάρων θηλαστικών. Η ιστορία άλλαξε σε αυτό εδώ όταν το 1977-78 ο Wheeler μαζί με τον Άξελ και τον Σίλβερστιν έδειξαν ότι μπορούμε να εισάγουμε DNA σε εφχαριοντικά κύτταρα, σε ανθρώπινα κύτταρα και συγκεκριμένα εισήγαν πλασμίδια που περιείχαν το γονίδιο της κοινάς της Θημηδίνης. Ένας υιού που προσβάλλει τα ανθρώπινα κύτταρα του HSV δηλαδή του υιού του απλού έρπιτα και έδειξαν ότι αυτό γονίδιο εκφράζεται στα κύτταρα τα οποία λαμβάνουν το πλασμίδιο. Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό γιατί ουσιαστικά άνοιξε ένα καινούργιο πεδίο της μοντέρνας βιοτεχνολογίας και αυτή τη στιγμή μεταλλευόμαστε την ικανότητα ότι μπορούμε να βάζουμε το DNA σε ετερόλογους οργανισμούς ακόμα και σε κύτταρα θηλαστικών και να το εκφράζουμε έτσι ώστε να παράγουμε καινούργια φάρμακα έτσι ώστε περίπου το ένα τέταρτο περίπου των φαρμάκων που εισάγονται αυτή τη στιγμή στη γραμμή παραγωγής στη φαρμακευτική, που μας ενδιαφέρει κιόλας γιατί είμαστε μέρος φαρμακευτικής αυτά τα φάρμακα λοιπόν το ένα τέταρτο είναι βιοτεχνολογικός παραγώμενα και χρησιμοποιούν μεθόδους εισαγωγής και έκφρασης του DNA σε ετερόλογους οργανισμούς άλλα αρκετά με αυτό να ξαγυρίσουμε στο DNA και να δούμε πως οι μηχανισμοί αποθήκευσης αναπαραγωγής και έκφραση της γενικής πληροφορίας βασίλονται στην ίδια τη δομή του DNA και ουσιαστικά για να το καταλάβουμε αυτό πρέπει να δούμε πρώτα τη δομή του DNA και εδώ βλέπουμε ότι το DNA οργανώνεται σαν μια διπλή έλικα η οποία αποτελείται από δύο αντιπαράλληλους κλόνους των οποίων οι αστουχές βάσεις είναι ζευγαρωμένες μεταξύ τους με δεσμούς υδρογών όπως είδαμε την προηγούμενη φορά λοιπόν, το DNA καθώς ελικώνεται σχηματίζει δύο αύλακες, την μεγάλη αύλακα και την μικρή αυτό είναι πολύ σημαντικό για την έκφραση του DNA γιατί μέσω της μεγάλης αύλακας οι διάφορες πρωτεΐνες οι οποίες έχουν να κάνουμε την έκφραση του γενικού υλικού μπορούν και αναγνωρίζουν την αλληλυχία των βάσεων και συνδέονται σε εξειδικευμένες αλληλυχίες σε πολύ συγκεκριμένες χρονικές στιγμές γιατί είναι σημαντικό το ότι το DNA είναι σε αυτή τη μορφή της διπλής έλικας είναι σημαντικό γιατί αυτή η μορφή μας δείχθηκε τον τρόπο με τον οποίο μπορεί το DNA να αντιγραφεί με μεγάλη εκλεκτικότητα και βλέπουμε ότι αφού ξεδιπλωθεί αυτή η διπλή έλικα, ο κάθε ένας από τους δύο κλόνους της μπορεί να χρησιμεύσει σαν ένα υπόστρωμα, σαν μια μήτρα προκειμένου να συνδεθεί ένας πανωμοιότυπος κλόνος, σαν κι αυτόν ο οποίος διαχωρίστηκε και η σύνθεση αυτή εδώ βασίζεται στο επιλεκτικό ζευγάρωμα των βάσεων που φυσικά έρχονται σαν νουκλιοτίδια και κατόπιν ενσωματώνται στη δομή του DNA με τη βοήθεια ειδικών εζήμων αλλά τελικά στο τέλος όταν θα τελειώσει αυτή η αντιγραφή αυτό το οποίο βλέπουμε είναι ότι παίρνουμε σχεδόν πανωμοιότυπους κλόνους DNA θα μιλήσουμε αργότερα για το μηχανισμό με το οποίο γίνεται αυτό και τα πειράματα που γίνουν για να αποδειχθεί ο μηχανισμός αλλά το πιο σημαντικό είναι ότι η ακρίβεια αυτού του μηχανισμού αντιγραφής του DNA είναι καταπληκτική και στον άνθρωπο γίνεται κατά αμεσό όρο μόνο ένα λάθος περίπου στο ένα δισεκατομμύριο βάσεις που αντιγράφονται που είναι καταπληκτικό αν το σκεφτεί κανείς αλλά γι αυτό θα μιλήσουμε αργότερα σήμερα θα το αφήσουμε αυτό εδώ και θα ασχοληθούμε περισσότερο στο επόμενο στάδιο με τη δομή που βρίσκεται αυτό γενετικό υλικό και θα πρέπει να καταλάβουμε πάντα ότι το γενετικό υλικό είτε μιλάμε για βακτήρια είτε για άνθρωπο μέσα στο κύτταρο δεν είναι γυμνό το DNA δεν είναι γυμνό δεν είναι σκέτο DNA είναι πάντα με μορφή συμπλόκου άρα δεν έχει καμία σημασία αν μιλάμε για το απλό κυκλικό βακτριακό χρωμόσωμα το οποίο είναι ένα όλο και όλο ή τα 23 ζευγάρια γραμμικό χρωμόσωμα που περιέχει ένα ανθρώπινο κύτταρο και στις δύο περιπτώσεις το DNA βρίσκεται με μορφή συμπλόκων κυρίως με κάποιες βασικές πρωτεΐνες οι στόνες λέγονται σε ευχαριώτες στα φακτήρια έχουν άλλα ονόματα δεν είναι οι στόνες αλλά γενικά αυτή η ελληπίδαση μεταξύ του όξινου DNA και των βασικών πρωτεΐνών βοηθάει στο πακετάρισμα του DNA και στον τρόπο που χρειάζεται ώστε να χωρέσει μέσα στο κύτταρο και να οργανωθεί σωστά βέβαια αυτό μας βάζει και κάποιους περιορισμούς δηλαδή αν σκεφτόμαστε το DNA και όταν σκεφτόμαστε την έκφραση του DNA θα πρέπει να σκεφτόμαστε ότι αυτά τα πρωτεΐνικά σύμπλοκα δημιουργούν και ορισμένα εμπόδια τα οποία πρέπει να ξεπεράσουν οι μηχανισμοί αντιγραφής ή μεταγραφής του γενικού υλικού και θα το δούμε γι' αυτό στην πορεία και θα δούμε πως το εκμεταλλεύεται και ο οργανισμός, οι διάφοροι οργανισμοί αυτό το φαινόμενο προκειμένου να εκφράσουν τα σωστά γωνίδια την σωστή χρονική στιγμή και σωστά επίπεδα ας ξεκινήσουμε όμως από την αρχή βλέποντας πρώτα τα βακτηριακά κύτερα που είναι και τα πιο απλά βλέπουμε λοιπόν ότι σε έναν βακτηριακό κύτερο αν κοιτάξουμε το χρωμό σωμά του το DNA δηλαδή με τις πρωτεΐνες του το βλέπουμε ότι βρίσκεται σε ένα μέρος του κυτάρου το οποίο λέγεται νουκλαιοίδες λοιπόν τα βακτήρια όπως έχουμε πει δεν έχουν πυρήνα άρα αυτό όμως δεν σημαίνει το DNA τους ότι είναι διάχυτο και παντού λοιπόν είναι συμπυκνωμένο και συνήθως είναι σε μια συγκεκριμένη περιοχή και σε πολλά σημεία μάλιστα το DNA ενώνονται και με την πλασματική μεμβράνη του βακτηριακού κυτάρου εάν λύσουμε το νουκλαιοίδες το βλέπουμε στην πλανή φωτογραφία λοιπόν να λύσουμε τα βακτήρια βλέπουμε και αλλάξουμε και τις συνθήκες βλέπουμε ότι το DNA μπορεί να βγει μέσα από το κύτερο και να καταλάβει ένα τεράστιο όγκο λοιπόν εδώ καταλαβαίνουμε γιατί είναι τόσο σημαντικό αυτό το DNA να μπορεί να συμπυκνώνεται με τη βοήθεια όπως σας είπα βασικών πρωτεϊνών έτσι ώστε να μπορεί να χωράει μέσα αυτό το πολύ πολύ μικρό κύτερο εάν δούμε την ευχαριοτική χρωματήνη βλέπουμε ότι δεν είναι διάχυτη παντού στο κύτερο όπως είδαμε στους προχαριότητες βρίσκεται σε ένα πολύ συγκεκριμένο οργανίδιο, σε ένα μευρανικό οργανίδιο, το πυρήνα του κυτάρου που όπως θα ξαναπώ είναι και το κέντρο ελέγχου του ευχαριοτικού του κυτάρου αν κοιτάξουμε το πυρήνα όμως αφού το βάψουμε πρώτα με ειδικές χρωστικές βλέπουμε ότι το DNA ή χρωματήνη του πυρήνα δεν είναι ομοιόμορφη σε μερικές περιοχές βλέπουμε να είναι λίγο πιο σκούρα να είναι μαύρη σε κάποιες άλλες περιοχές βλέπουμε να βάφεται λιγότερο πιο γκρίζα λοιπόν γιατί γίνεται αυτό εδώ αυτό γίνεται γιατί σε μερικές περιοχές του DNA η χρωματήνη δηλαδή το σύμπλοκο μεταξύ του DNA και των πρωτεϊνών είναι εξαιρετικά συμπυκνωμένο και αυτές οι περιοχές είναι οι πιο σκούρες μπορεί να εμφανίζονται είτε στο εσωτερικό του πυρήνα σε κάποια σημεία ή μπορούμε να τις δούμε να είναι σε επαφή με το πυρνικό φάκελο αυτή τη χρωματήνη τη λέμε έτερο χρωματήνη είναι μια μορφή της χρωματήνης όπως είπα η οποία είναι πολύ συμπυκνωμένη και επειδή είναι τόσο πολύ συμπυκνωμένη δεν μπορεί να είναι προσβάσιμη από μεταγραφικούς παράγοντες και τα ένδυμα τα οποία ουσιαστικά βοηθάν στην έκφραση του γεντικού υλικού άρα τα γονίδια τα οποία είναι πακεταρισμένα μέσα σε έτερο χρωματήνη δεν εκφράζονται σε έναν κοιτάρι αυτό που βλέπουμε σαν πιο γκρίζα μορφή είναι η χρωματήνη η οποία είναι λιγότερο πακεταρισμένη δεν είναι τόσο συμπυκνωμένη άρα λοιπόν κάποιες περιοχές του DNA και της χρωματήνης είναι προσβάσιμες προς έκφραση δηλαδή σε όλες εκείνες οι πρωτεΐνες οι οποίες εμπλέκονται στην έκφραση ιεντικής πυροφορίας. Αυτές οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι είτε οι RNA πολυμεράσες ή μεταγραφικοί παράγοντες οι οποίοι βοηθάν τις RNA πολυμεράσες να μεταγράψουν το DNA και μια άλλη πλειάδα πρωτεΐνικών παραγόντων που εμπλέκονται σε αυτή τη δικασία. Εδώ βλέπουμε όμως μακροσκοπικά τον πυρήνα και τη χρωματήνη την οποία αντιβάθουμε. Από τι αποτελείται όμως αυτή η χρωματήνη σε μοριακό επίπεδο. Σε μοριακό επίπεδο να δούμε η χρωματήνη δεν είναι τίποτα άλλο παρά ένα ρίβο νουκλιοπρωτεΐνικός σύμπλοκο, δηλαδή ένα σύμπλοκο του DNA μαζί με πρωτεΐνες. Με οποιασδήποτε πρωτεΐνες, όχι με συγκεκριμένες πρωτεΐνες. Κάποιες από αυτές τις πρωτεΐνες είναι δομικές και βοηθούν τη χρωματήνη να έχει συγκεκριμένη δομή, κάποιες άλλες είναι λειτουργικές ή ρυθμιστικές. Πρώτα να κοιτάξουμε τις δομικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη δομή της χρωματήνης, της ευχαριοδικής. Αυτές λέμε ιστόνες, οι ιστόνες είναι πέντε, είναι η ίΤ1, η ίΤ2α, η ίΤ2β, η ίΤ3 και η ίΤ4. Από αυτές τις πέντε, οι τέσσερις αποτελούν το κέντρο ενός πρωτεΐνικού συμπλόγου, το οποίο το λέμε οκταμερές. Ποιες είναι αυτές οι τέσσερις? Είναι η ίΤ2α, η ίΤ2β, η ίΤ3 και η ίΤ4, σε δύο αντιγραφαϊκά θεμία, που σχηματίζουν ένα πρωτεΐνικό πυρήνα γύρω από την οποία περιελίσει τον DNA σε κάθε νυκλοσομάτιο, όπως το λέμε. Περίπου δύο φορές. Καθώς γίνεται αυτή η περιέλιξη, βλέπουμε ότι στην άκρη, στο κεφάλι του κάθε νυκλοσώματος, έρχεται η πέμπτη ιστόνη, η ίΤ1, η οποία σησαγωγικά σφραγίζει αυτό το νυκλοσώμα και σταθεροποιεί αυτή τη δομή. Μεταξύ νυκλοσωμάτων βλέπουμε ότι υπάρχει DNA, θα το πούμε γυμνό DNA, ενδιάμεσο DNA, στην πράξη δεν είναι γυμνό, γιατί πάνω σε αυτό το DNA μπορούν και συνδέονται διάφορες άλλες πρωτεΐνες με ρυθμιστικούς ή άλλους υλικριγούς ρόλους. Άρα λοιπόν η δομή της χρωματίνης σταθεροιτικά είναι νουκλαιοσωμική όπως λέμε, δηλαδή αν το δούμε στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μας θυμίζει λίγο ένα κομπολόι με χάνδρες, όπου οι χάνδρες είναι τα νουκλαιοσωμάτια και η αλυσίδα είναι το DNA που κρατάει τις χάνδρες. Τι θα γίνει αν σπάσουμε την αλυσίδα, οι χάνδρες ξεχωλάνε. Μια αλυσίδα, τέτοιο κομπολόι DNA πως μπορούμε να το διασπάσουμε, πως μπορούμε να σπάσουμε την αλυσίδα. Μπορούμε να το κάνουμε αν χρησιμοποιήσουμε κάποια εξειδικευμένα έζιμα, κάποιες νουκλιάσεις, όπως για παράδειγμα την μικροκοκκίνου κλιάση η οποία πέπτει το DNA. Η μικροκοκκίνου κλιάση θα πέψει το DNA σε περιοχές που μπορεί να έχει πρόσβαση. Ποιες είναι αυτές? Οι περιοχές ανάμεσα στα νουκλαιοσωμάτια. Αυτές που είπαμε ότι αποτελούνται από συνδετικό DNA. Στις περιοχές των νουκλαιοσωματιών, εκεί δηλαδή που το DNA είναι περιελιγμένο γύρω από το κταμερές των ιστονών, εκεί το DNA μας είναι προσθευμένο, άρα η μικροκοκκίνου κλιάση δεν θα μπορέσει να το προσβάλλει. Τέτοιου πειράματα όταν έγιναν, εντύχθηκε, αφού δηλαδή έγινε πέψι της χρωματίνης με μικροκοκκίνου κλιάση και ανάλυση των προϊόντων της πέψης με ηλεκτροφόρειες επίχτες αγαρόζεις, βρέθηκε ότι τα φράζονα του DNA τα οποία προκύπτουν μοιάζουν σαν μια σκάλα όπου το κάθε σκαλοπάτι, το βήμα δηλαδή της σκάλας, είναι 200 ζεύγι βάσων. Βλέπουμε ότι υπάρχει μια ζώνη 200 ζευγών βάσων, η επόμενη 400, 600. Αυτό τι σημαίνει μικροκκίνου κλιάση σε κάποιες περιπτώσεις, έκοψε αριστερά και δεξιά από κάθε νουκλαιόσομα, άρα μας έβγαλε ένα νουκλαιόσομα και αυτό το πείραμα μας λέει ότι το DNA το οποίο προστατεύεται από τις στόνες βρέθησε ένα νουκλαιόσομα είναι γύρω στις 200 ζεύγι βάσων. Αν μικροκκίνου κλιάση δεν κόψει ακριβώς δίπλα αλλά κόψει μετά το επόμενο νουκλαιόσομα, τότε έχουμε μια περιοχή δύο νουκλαιοσομάτων από 400 βάσεις και το καθεξής. Άρα αυτά τα πειράματα μας έδειξαν πως περίπου είναι η δομή της χρωματίνης και μας είπαν πολλά πράγματα για τη δομή των νουκλαιοσοματίων. Εάν αυτή τη δομή της νουκλαιοσομικής χρωματίνης τη δούμε στο ηλεκτρονικό μητροσκόπιο, τότε βλέπουμε ότι μπορούμε να παρατηρήσουμε δύο μορφές. Η μία μορφή μας θυμίζει πράγματι το κομπολόι με τις χάδρες. Βλέπουμε τις χάδρες και βλέπουμε και το DNA το οποίο διασυνδέει τις χάδρες. Αν μετρήσουμε το πάχος αυτής της δύνας του κομπολογίου, τότε βλέπουμε ότι το πάχος είναι γύρω στα 11 μν. Βορή όμως του DNA τη χρωματίνη τη δούμε και σε κάποιες ίνες οι οποίες έχουν περίπου τριπλάσει ο πάχος. Είναι πιο παχές. Αυτές είναι οι ίνες χρωματίνης των 30 μν όπως λέμε. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της χρωματίνης πάχους 11 μν με αυτής των 30 μν. Η διαφορά είναι ότι ενώ όπως σας είπα η μορφή των 11 μν είναι το απλό κομπολόι με τις χάδρες, η ύνα των 30 μν αποτελεί μια υπερσυμπυκνωμένη μορφή της προηγούμενης ύνας των 11 μν, όπου τα νυκλαιοσώματα πλέον περιελίσσονται σε μια ανώτερη δομή και αρχίζουν και πακετάρονται, συμπυκνώνονται μεταξύ τους. Αυτή η δομή των 30 μν ουσιαστικά έχει να κάνει με αυτό που πρόγραμμα προηγουμένως, δηλαδή ουσιαστικά είναι αιτεροχρωματίνη. Γιατί σε αυτό το σημείο η συσπύρωση είναι τόσο μεγάλη, ώστε πλέον δεν υπάρχει το συνδετικό DNA για το οποίο μιλήσαμε, στο οποίο συνδέονται οι πρωτενικοί παράγοντες που διαμεσολαβούν την γονδιακή έκφραση. Άρα εδώ δεν υπάρχει πρόσβαση ούτε από τα ένζιμα ούτε από τους μεταγραφικούς παράγοντες. Λοιπόν, φυσικά σε κάποιες φάσεις της ζωής του κιτάρου, το DNA και η χρωματίνη του συμπυκνώνεται ακόμα περισσότερο και σχηματίζει κάποια χρωμοσώμα που είναι πολύ συμπυκνωμένα και τα οποία για να σχηματιστούν από τη μία και η χρωματίνη θα πρέπει να συσπυρωθεί ακόμα περισσότερο, από την άλλη όμως πρέπει να καταλάβουμε ότι έχει ήδη σχηματιστεί και μια πρωτενική σκαλωσιά πάνω στην οποία έρχεται και αγκιστρώνεται αυτό το DNA έτσι ώστε να σχηματίσει αυτή τη κλασική μορφή που βλέπουμε ενός χρωμοσώματος το οποίο βρίσκεται, το λέμε μεταφασικό χρωμόσωμα γιατί έχει αυτή τη μορφή μόνο σε μία συγκεκριμένη φάση του κιταρικού κύκλου, είναι μετάφαση. Εάν δούμε αυτό το συμπυγνωμένο χρωμόσωμα θα πρέπει να καταλάβουμε και κάποια ιτουργικά χαρακτηριστικά και κάποια ορολογία την οποία θα χρησιμοποιήσουμε και στο μέλλον. Θα δούμε λοιπόν ότι ένα μεταφασικό χρωμόσωμα αποτελείται από δύο χρωματίδες. Οι δύο χρωματίδες αυτές, όπως λέμε και αδελφές χρωματίδες, στην πράξη έχουν ακριβώς την ίδια ηλυχία γιατί έχουν προέλθει από ένα μόριο DNA το οποίο έχει αντιγραφεί, άρα έχει διπλασιαστεί. Άρα αυτές οι δύο χρωματίδες είναι οι ίδιες και ουσιαστικά μετά από λίγο στην επόμενη φάση του κιταρικού κύκλου στην ανάφαση θα αρχίσουν να μετακινούνται σε δίδους πόλους στη δικασία της κιταρικής διαίρεσης έτσι όσα να αποτελέσουν γενετικό υλικό δύο θυγατρικών κυτάρων που θα αποτελέσουν μια κιταρική διαίρεση. Άρα δύο χρωματίδες. Αν κοιτάξουμε τα άκρα, βλέπουμε ότι υπάρχουν τέσσερα άκρα σε αυτό το μεταφασικό χρωμόσωμα. Τα άκρα τα λέμε τελομερή ή τελομερίδια. Αυτά έχουν πολύ σημαντικό ρόλο στη σταθερότητα των χρωμόσωματων και θα μιλήσουμε σε επόμενες διαλέξεις γι' αυτά. Επίσης σε μια περιοχή του χρωμόσώματος αυτού που λέγεται κεντρομερές ή κεντρομερίδιο φαίνεται να σχηματίζεται μια περίσφιξη πάνω στην οποία σχηματίζεται ένα εξειδικευμένο πρωτεϊνικό σύμπλογο το οποίο το λέμε κινητοχώρο. Ο κινητοχώρος είναι πάρα πολύ σημαντικός γιατί πάνω σε αυτό θα έρθουν και θα εγκυροβολήσουν οι ίνες της μητουτικής ατράκτου, οι οποίες σε επόμενη φάση θα είναι αυτές που θα διαχωρήσουν τις δύο αδελφές χρωματίδες έτσι ώστε να μετακινηθούν, όπως είπαμε, σε δύο πόλους και να ολοτιρωθεί η κυταρική διέρεση. Αυτά θα δούμε πολύ καλύτερα όταν θα μιλήσουμε για την κυταρική διέρεση και τον κύκλο. Άρα μιλήσαμε για το μεταφασικό χρωμόσωμα και αν απομονώσουμε χρωμωσώματα σε αυτή τη φάση μπορούμε να τα βάψουμε και αυτό το κάνουμε πολύ συχνά στον προγενητικό έλεγχο αν βάψουμε τα χρωμωσώματα με εξεκευμένες χρωστικές τότε μπορούμε και βλέπουμε ότι το κάθε χρωμόσωμα έχει ένα πολύ χαρακτηριστικό αρθμό ζωνώσεων και ξέρουμε ποιος είναι ο φυσιολογικός αρθμός ζωνώσεων και επίσης γνωρίζουμε ότι σε μερικές περιπτώσεις γενετικών ανομαλιών υπάρχουν αλλαγές στο προφύλλαυτο ζωνώσεων ή ακόμα ακόμα αναδιπλασιασμοί ή μετατοπείς γενετικού υλικού από ένα χρωμόσωμα σε άλλο ή μπορεί κάποια χρωμωσώματα να τα δούμε ότι έχουν λάθος αριθμό λοιπόν άρα μετρώντας τον αρθμό και τις ζωνώσεις των χρωμωσώματων μπορούμε σε προγενητικό έλεγχο αλλά και σε άλλες περιπτώσεις να πάρουμε πληροφορίες για τα κύτταρα και αν έχουν κάποια προβλήματα πριν κλείσουν όμως θα ήθελα να μεινει ένα πράγμα ότι η χρωματίνη και η δομή του DNA σε μορφή χρωματίνης δεν είναι κάτι στατικό είναι μια δυναμική δομή η οποία αλλάζει συνεχώς μέσα στη ζωή του κυτάρου αν επομένως εμείς κοιτάξουμε ένα κύτταρο στη φάση μεσόφασης, στη φάση στην οποία βρίσκονται τα πιο πολλά κύτταρα του σώματος μας βλέπουμε ότι η χρωματίνη του είναι απόσυσπηρομένη δηλαδή θα πάρουμε την εικόνα την οποία δείξαμε προηγουμένως αν κοιτάξουμε τις πυρήνες θα δούμε ότι η χρωματίνη μπορεί να βρίσκεται σε μορφή F χρωματίνης και F χρωματίνης η F χρωματίνη είναι λιγότερα σπιρωμένη, η τεραχρωματίνη η πιο πολύ σπιρωμένη αλλά δεν βλέπουμε αυτά τα μεταφασικά χρωμοσώματα αυτού του τύπου τη συντίκνωση της χρωματίνης τη βλέπουμε μόνο όταν αυτό κύτταρο και αφού ελέγξει πολύ συγκεκριμένα πράγματα θα αποφασίσει να διαιρεθεί άρα να αντιγράψω γενικό του λυκό και κατόπιν να μπει στην φάση M όπου αρχίσουμε να βλέπουμε την συσπίρωση της χρωματίνης στην πρόφαση βλέπουμε να αυξάνει στην προμετάφαση έχουμε πλήρη συσπίρωση όπως είδαμε στην μετάφαση και το επόμενο στάδιο είναι ο διαχωρισμός των αδελφών χρωματιδών για τις οποίες μιλήσαμε στη φάση ανάφασης έτσι ώστε να πάνε στους πόλους και κατόπιν όταν τελειώσει η κυταρική διέρεση μετά την τελώφαση και την κυταροκίνηση όπου στην κυταροκίνηση θυερείται και το κυταρόκλος ενωδείται για τις κυτάρες βλέπουμε ότι πάλι η χρωματίνη έχει αποσπιρωθεί δηλαδή βλέπουμε ότι κατά τη διάρκεια του κυταρικού κυκλού η χρωματίνη δυναμικά από την αποσπιρωμένη μορφή συσπιρώνεται πάρα πάρα πολύ εξυδικευμένα συνδέεται με πολύ εξυδικευμένες δομές όπως για παράδειγμα η μητροσολυμίχτης, η μητροτικής ατάκ πρέπει να δοηθήσουν να διαχωριστεί και όταν ολοκληρώσει την κυταρική διέρεση πάλι η χρωματίνη αποσπιρώνεται και η αποσπίρωση είναι ιδιαίτερα σημαντική γιατί χωρίς αυτήν το γενετικό υλικό δεν μπορεί να εκφραστεί και δεν μπορεί να εκφραστεί γιατί όπως είπαμε και προηγουμένως και στη μορφή της αυτεροχρωματίνης όταν το DNA και η χρωματίνη είναι πάρα πάρα πολύ συσπιρωμένοι δεν είναι προσβάσιμοι από τους παράγοντες που είναι αναγκαίοι να προσεγγίσουν το DNA προκειμένου να βοηθήσουν στην εκφρασία του και στην εκφρασία της γενικής πληροφορίας. Και σε αυτό σημείο θα ήθελα πάλι να σας ευχαριστήσω για την προσοχή σας και τα πούμε την επόμενη φορά. |
