La cromatina è la struttura in cui il DNA è impacchettato e compattato nel volume limitato del nucleo della cellula eucariotica . La cromatina è costituita da una combinazione di DNA , RNA e proteine di due tipi: istoni e non istoni. È il principale costituente dei cromosomi eucariotici.
In microscopia possiamo distinguere due tipi di cromatina corrispondenti a diversi livelli di compattazione:
- L'ecromatina corrisponde ad una cromatina meno condensata in cui i geni, più accessibili, vedono la loro espressione facilitata.
- L'eterocromatina corrisponde a una cromatina più densa con DNA meno facilmente accessibile.
Oltre alle informazioni genetiche codificate esclusivamente sul DNA, la cromatina trasmette anche informazioni epigenetiche , veicolate sia dal DNA, alcune basi del quale possono essere modificate dalla metilazione , sia dagli istoni che sono soggetti a molteplici forme modificazioni reversibili (metilazione, acetilazione , fosforilazione , ubiquitinilazione ...). La combinazione di modificazioni epigenetiche che interessano gli istoni costituisce un secondo codice, chiamato "codice istonico", che contribuisce in modo determinante alla regolazione delle funzioni nucleari. A differenza dell'informazione genetica, che è identica in tutte le cellule di un dato organismo, l'informazione epigenetica varia a seconda del tipo di cellula, del livello di differenziazione delle cellule e del loro progresso nel ciclo cellulare. Come le informazioni genetiche trasportate dal DNA, le informazioni epigenetiche sono trasmissibili durante la replicazione del genoma e durante le divisioni cellulari.
La cromatina fu scoperta intorno al 1880 da Walther Flemming , che le diede questo nome a causa della sua affinità per i coloranti. Gli istoni vengono scoperti subito dopo nel 1884 da Albrecht Kossel . Pochi progressi furono poi fatti sulla struttura della cromatina fino agli anni '70 e le prime osservazioni delle fibre di cromatina al microscopio elettronico , rivelando l'esistenza del nucleosoma , l'unità di base della cromatina, la cui struttura dettagliata sarà eventualmente risolta dalla cristallografia a raggi X in 1997.
L'elemento costitutivo di base della cromatina è il nucleosoma . Nucleosomi sono costituiti da un 146 coppia di basi segmento di DNA avvolto attorno ad un disco proteina octameric, un gruppo di 8 istone molecole H2A, H2B, H3 e H4. I nucleosomi sono collegati tra loro sul DNA per formare una struttura simile a una perla (una struttura estremamente rara nella cellula, i nucleosomi sono infatti impilati uno sopra l'altro). Con l'aggiunta di istoni H1 , il filamento nucleosomiale, chiamato anche fibra da 10 nm, viene a sua volta compattato sotto forma di fibre di 30 nm di diametro, costituenti l'unità base della cromatina. Questa stessa fibra può essere più o meno condensata (over-coil). A livello ultrastrutturale , nella microscopia elettronica , si distingue tra eucromatina , che è scarsa, che contiene i geni attivi , e eterocromatina , che è densa.
All'inizio della mitosi , la cromatina si condensa sotto forma di cromosomi .
Si possono distinguere due tipi di cromatina :
Il controllo della struttura della cromatina è anche un modo per controllare l'espressione genica. Il DNA da esprimere, infatti, deve essere decompattato, interviene quindi un complesso rimodellante per disorganizzare gli istoni in modo da permettere il legame dei fattori trans sul DNA e la sua espressione.
Anche gli istoni, come il DNA, sono soggetti a modificazioni chimiche che regolano l'espressione genica. Queste modifiche riguardano solo la parte N-terminale degli istoni H2A, H2B, H3 e H4, mentre riguardano sia l'estremità C-terminale che l'N-terminale nell'istone H1. Un residuo di metilazione lisina avrà generalmente un effetto inibitorio, sopprimendo l'espressione del genoma; mentre la sua acetilazione accoppiata ad una metilazione delle arginine avrà piuttosto un effetto attivante riducendo le cariche positive di quest'ultima e partecipando così alla sua disorganizzazione. Si nota infatti che alcuni complessi repressivi sono associati alle attività della deacetilasi .