Нуклеосома и гистоновый октамер

Нуклеосома — это фундаментальная повторяющаяся единица хроматина: короткий участок ДНК, обернутый почти дважды вокруг сердцевины из восьми гистоновых белков, гистонового октамера. Эта частица как уплотняет геном, так и создает первый уровень регуляции доступности последовательностей ДНК. Она является структурной отправной точкой для понимания всей биологии хроматина.

Definition

Нуклеосома — это основная единица хроматина, состоящая примерно из 147 пар оснований ДНК, обернутых вокруг гистонового октамера, который состоит из двух копий каждого из основных гистонов H2A, H2B, H3 и H4.

Scope

Эта тема охватывает состав и архитектуру нуклеосомной сердцевинной частицы и гистонового октамера, который находится в ее центре. Она рассматривает основные гистоны, путь ДНК вокруг октамера, роль гистоновых хвостов и то, как эта базовая единица связана с доступностью и упаковкой генома более высокого порядка. Это справочная статья по молекулярной структуре и не является клиническим руководством.

Core questions

• Какие белки составляют гистоновый октамер и как вокруг него расположена ДНК?
• Как упаковка ДНК в нуклеосомы одновременно уплотняет геном и ограничивает доступ к нему?
• Как гистоновые хвосты, выступающие из октамера, связывают структуру с регуляцией?

Key concepts

• Основные гистоны (H2A, H2B, H3, H4)
• Гистоновый октамер
• Нуклеосомная сердцевинная частица (~147 п.н.)
• Гистоновые хвосты
• Линкерная ДНК и линкерный гистон H1
• Упаковка ДНК и суперспиральные витки

Key theories

Повторяющаяся нуклеосомная единица хроматина

Корнберг предположил, что хроматин построен из регулярно повторяющейся единицы гистонов и ДНК; это понимание идентифицировало нуклеосому как элементарную частицу упаковки генома и впоследствии было подтверждено с атомным разрешением.

Mechanisms

Октамер собирается из тетрамера H3-H4, фланкированного двумя димерами H2A-H2B. Примерно 147 пар оснований ДНК оборачиваются около 1,65 левозакрученных суперспиральных витков вокруг этого белкового ядра, с контактами через регулярные интервалы вдоль малой бороздки ДНК. Кристаллическая структура, разрешенная Лугером и его коллегами, показала точные положения этих контактов и траекторию гибких N-концевых гистоновых хвостов, которые выступают из частицы и служат местами для химической модификации. Линкерная ДНК соединяет соседние нуклеосомы, а линкерный гистон H1 связывается в точках входа и выхода для стабилизации фолдинга более высокого порядка. Поскольку ДНК, связанная на поверхности октамера, частично окклюдирована, образование нуклеосом по своей сути ограничивает доступ к регуляторным последовательностям, и дестабилизация или репозиционирование нуклеосом является основным путем изменения генной активности.

Clinical relevance

Нуклеосома является субстратом, на который действуют модификации и ремоделирование хроматина, поэтому ее состав и стабильность являются основополагающими для понимания эпигенетической регуляции, изучаемой в развитии и при заболеваниях. Вариации, такие как гистоновые варианты и измененная стабильность нуклеосом, являются областями активных исследований. Эта статья описывает молекулярную структуру и не является основанием для диагностики или лечения.

History

До середины 1970-х годов организация ДНК с гистонами была неясна. Предложение Корнберга в 1974 году о повторяющейся гистон-ДНК единице установило нуклеосомную модель. В течение следующих двух десятилетий биохимические и структурные исследования уточняли картину, кульминацией чего стала кристаллическая структура нуклеосомной сердцевинной частицы высокого разрешения 1997 года, которая дала атомное представление о том, как взаимодействуют ДНК и гистоновый октамер.

Key figures

• Roger Kornberg
• Karolin Luger
• Timothy Richmond
• Steven Henikoff

Seminal works

• kornberg-1974
• luger-1997

Frequently asked questions

Сколько гистонов содержится в нуклеосомном ядре?

Восемь: по две копии каждого из четырех основных гистонов H2A, H2B, H3 и H4, вместе образующих гистоновый октамер, вокруг которого обернута ДНК.

Сколько ДНК обернуто вокруг одной нуклеосомы?

Около 147 пар оснований ДНК оборачиваются примерно 1,65 витка вокруг гистонового октамера в нуклеосомной сердцевинной частице, с дополнительной линкерной ДНК, соединяющей одну нуклеосому с другой.