Kromosom adalah pembawa fisik informasi genetik, terdiri dari molekul DNA panjang yang membungkus erat protein histon. Organisasi hierarki DNA ke dalam kromosom sangat penting untuk menyesuaikan genom ke dalam nukleus, mengatur ekspresi gen, dan memastikan pemisahan kromosom yang akurat selama pembelahan sel.
Pengemasan DNA dan Nukleosom
Unit dasar kromatin adalah nukleosom, terdiri dari sekitar 147 pasangan basa DNA yang melilit satu oktamer protein histon inti — masing-masing dua salinan H2A, H2B, H3, dan H4. Nukleosom dihubungkan oleh segmen DNA penghubung yang terdiri dari 20 hingga 90 pasangan basa, dengan pengikatan histon H1 pada titik masuk dan keluar nukleosom untuk menstabilkan lipatan tingkat tinggi. Struktur manik-manik pada tali ini mewakili serat 10 nm, pemadatan DNA tingkat pertama, yang mengurangi panjang DNA sekitar tujuh kali lipat. Protein histon kaya akan asam amino basa (lisin dan arginin) yang menetralkan muatan negatif tulang punggung DNA, dan ekor terminal-Nnya menonjol dari nukleosom untuk menjalani modifikasi pasca-translasi yang mengatur struktur kromatin.
Struktur Kromatin Tingkat Tinggi
Serat 10 nm selanjutnya digulung menjadi serat 30 nm, distabilkan oleh interaksi antara molekul histon H1 dan domain ekor histon inti. Struktur ini disusun menjadi domain terkait topologi (TAD), wilayah genom sekitar 100 kb hingga 1 Mb di mana sekuens DNA lebih sering berinteraksi satu sama lain dibandingkan dengan sekuens di luar domain. Batasan TAD ditetapkan oleh CTCF (faktor pengikat CCCTC) dan kompleks kohesin, yang bersama-sama membentuk struktur lingkaran yang memfasilitasi interaksi penambah-promotor sekaligus mencegah pembicaraan silang yang tidak tepat antara domain yang bertetangga. Di luar TAD, kromatin dikelompokkan menjadi kompartemen A aktif (eukromatin) dan kompartemen B tidak aktif (heterokromatin), masing-masing dengan sifat biokimia dan posisi inti yang berbeda.
Eukromatin dan Heterokromatin
Euchromatin kurang terkondensasi, kaya gen, dan aktif secara transkripsi, ditandai dengan modifikasi histon seperti trimetilasi H3 lisin 4 (H3K4me3) di daerah promotor dan trimetilasi H3 lisin 36 (H3K36me3) di sepanjang badan gen. Heterokromatin padat, dibungkam secara transkripsi, dan dapat dibagi menjadi dua bentuk. Heterokromatin konstitutif terkondensasi secara permanen di daerah seperti sentromer dan telomer, diperkaya dengan trimetilasi H3 lisin 9 (H3K9me3) dan diikat oleh protein heterokromatin 1 (HP1). Heterokromatin fakultatif dibungkam secara kondisional, seperti kromosom X yang tidak aktif pada mamalia betina, dan ditandai dengan trimetilasi H3 lisin 27 (H3K27me3) yang disimpan oleh kompleks represif Polycomb 2 (PRC2).
Sentromer dan Kinetokor
Sentromer adalah wilayah kromosom yang menyempit tempat kromatid saudara disatukan dan kinetokor berkumpul. Pada sebagian besar eukariota, sentromer ditentukan oleh adanya varian histon H3 CENP-A, yang menggantikan H3 konvensional dalam nukleosom sentromer dan berfungsi sebagai tanda epigenetik untuk identitas sentromer. Kinetokor adalah kompleks protein besar yang berkumpul di sentromer dan memediasi perlekatan pada mikrotubulus gelendong selama mitosis dan meiosis, menghasilkan kekuatan untuk pergerakan kromosom dan mengaktifkan pos pemeriksaan perakitan gelendong.
Telomer dan Penuaan Replikatif
Telomer adalah rangkaian DNA berulang (TTAGGG pada vertebrata) di ujung kromosom linier yang melindungi dari degradasi, fusi, dan pengenalan sebagai kerusakan DNA. Panjang telomer dipertahankan oleh telomerase, enzim ribonukleoprotein yang menambahkan pengulangan telomer ke ujung kromosom menggunakan templat RNA intrinsiknya. Telomerase aktif dalam sel germinal, sel induk, dan sebagian besar sel kanker tetapi ditekan dalam sel somatik, menyebabkan pemendekan telomer secara progresif pada setiap pembelahan sel. Ketika telomer menjadi sangat pendek, sel memasuki penuaan replikasi atau mengalami apoptosis, yang menghubungkan biologi telomer dengan penuaan dan kanker.
Pengikatan Kromosom dan Kariotipe
Kromosom divisualisasikan selama metafase ketika mereka terkondensasi secara maksimal. Teknik pewarnaan seperti Giemsa banding (G-banding) menghasilkan karakteristik pita terang dan gelap yang mencerminkan variasi regional dalam komposisi basa dan kepadatan gen: Pita G-light kaya akan GC dan kaya akan gen, sedangkan pita G-dark kaya akan AT dan miskin gen. Kariotipe adalah tampilan terurut dari komplemen kromosom lengkap, disusun berdasarkan ukuran, posisi sentromer, dan pola pita, digunakan untuk mendeteksi kelainan kromosom seperti aneuploidi (trisomi 21, monosomi X), translokasi (kromosom Philadelphia pada leukemia myeloid kronis), dan penghapusan atau duplikasi dalam jumlah besar.
Kelainan Kromosom
Kelainan numerik termasuk poliploidi (keseluruhan set kromosom ekstra, biasanya mematikan pada manusia) dan aneuploidi (pertambahan atau hilangnya kromosom individu), yang paling sering timbul dari nondisjungsi selama meiosis dan frekuensinya meningkat seiring bertambahnya usia ibu. Kelainan struktural meliputi penghapusan, duplikasi, inversi, dan translokasi. Translokasi timbal balik antara kromosom 9 dan 22 menghasilkan kromosom Philadelphia, yang menggabungkan gen BCR dan ABL dan mendorong leukemia myeloid kronis. Kelainan kromosom dideteksi melalui kariotipe, hibridisasi fluoresensi in situ (FISH), dan analisis microarray kromosom.
