Nucleosome và Histone Octamer

Nucleosome là đơn vị lặp lại cơ bản của chất nhiễm sắc (chromatin): một đoạn DNA ngắn quấn gần hai vòng quanh một lõi gồm tám protein histone, được gọi là histone octamer. Hạt này vừa giúp cô đặc bộ gen vừa tạo ra lớp điều hòa đầu tiên đối với khả năng tiếp cận các trình tự DNA. Đây là điểm khởi đầu về cấu trúc để hiểu toàn bộ sinh học chất nhiễm sắc.

Definition

Nucleosome là đơn vị cơ bản của chất nhiễm sắc, bao gồm khoảng 147 cặp base DNA quấn quanh một histone octamer được cấu tạo từ hai bản sao của mỗi histone lõi H2A, H2B, H3 và H4.

Scope

Chủ đề này bao gồm thành phần và kiến trúc của hạt lõi nucleosome và histone octamer nằm ở trung tâm của nó. Nó đề cập đến các histone lõi, đường đi của DNA quanh octamer, vai trò của đuôi histone, và cách đơn vị cơ bản này liên quan đến khả năng tiếp cận và đóng gói bậc cao hơn của bộ gen. Đây là một mục tham khảo về cấu trúc phân tử và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Những protein nào tạo nên histone octamer và DNA được sắp xếp xung quanh nó như thế nào?
• Việc gói DNA vào nucleosome vừa cô đặc bộ gen vừa hạn chế khả năng tiếp cận nó như thế nào?
• Các đuôi histone kéo dài từ octamer kết nối cấu trúc với sự điều hòa như thế nào?

Key concepts

• Histone lõi (H2A, H2B, H3, H4)
• Histone octamer
• Hạt lõi nucleosome (~147 bp)
• Đuôi histone
• DNA liên kết và histone liên kết H1
• Quấn DNA và các vòng siêu xoắn

Key theories

Đơn vị nucleosome lặp lại của chất nhiễm sắc

Kornberg đề xuất rằng chất nhiễm sắc được xây dựng từ một đơn vị lặp lại đều đặn của histone và DNA; hiểu biết này đã xác định nucleosome là hạt cơ bản của việc đóng gói bộ gen và sau đó đã được xác nhận ở độ phân giải nguyên tử.

Mechanisms

Một octamer được lắp ráp từ một tetramer H3-H4 được bao quanh bởi hai dimer H2A-H2B. Khoảng 147 cặp base DNA quấn khoảng 1,65 vòng siêu xoắn trái quanh lõi protein này, với các điểm tiếp xúc đều đặn dọc theo rãnh nhỏ của DNA. Cấu trúc tinh thể được giải quyết bởi Luger và các đồng nghiệp đã chỉ ra vị trí chính xác của các điểm tiếp xúc này và quỹ đạo của các đuôi histone đầu N linh hoạt, chúng nhô ra khỏi hạt và đóng vai trò là vị trí cho các biến đổi hóa học. DNA liên kết nối các nucleosome liền kề, và histone liên kết H1 gắn vào các điểm vào và ra để ổn định sự gấp nếp bậc cao hơn. Bởi vì DNA liên kết trên bề mặt octamer bị che khuất một phần, sự hình thành nucleosome vốn dĩ hạn chế khả năng tiếp cận các trình tự điều hòa, và việc làm mất ổn định hoặc định vị lại nucleosome là một con đường chính để thay đổi hoạt động gen.

Clinical relevance

Nucleosome là chất nền mà trên đó các biến đổi và tái cấu trúc chất nhiễm sắc diễn ra, vì vậy thành phần và sự ổn định của nó là nền tảng để hiểu sự điều hòa biểu sinh được nghiên cứu trong quá trình phát triển và bệnh tật. Các biến thể như biến thể histone và sự thay đổi độ ổn định của nucleosome là những lĩnh vực nghiên cứu tích cực. Mục này mô tả cấu trúc phân tử và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Trước giữa những năm 1970, sự tổ chức của DNA với histone vẫn chưa rõ ràng. Đề xuất năm 1974 của Kornberg về một đơn vị histone-DNA lặp lại đã thiết lập mô hình nucleosome. Trong hai thập kỷ tiếp theo, các nghiên cứu sinh hóa và cấu trúc đã tinh chỉnh bức tranh, đỉnh điểm là cấu trúc tinh thể độ phân giải cao năm 1997 của hạt lõi nucleosome, cung cấp một cái nhìn ở cấp độ nguyên tử về cách DNA và histone octamer tương tác.

Key figures

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

Seminal works

• kornberg-1974
• luger-1997

Frequently asked questions

Có bao nhiêu histone trong một lõi nucleosome?

Tám: hai bản sao của mỗi trong bốn histone lõi H2A, H2B, H3 và H4, cùng nhau tạo thành histone octamer mà DNA quấn quanh.

Có bao nhiêu DNA được quấn quanh một nucleosome?

Khoảng 147 cặp base DNA quấn khoảng 1,65 vòng quanh histone octamer trong hạt lõi nucleosome, với DNA liên kết bổ sung nối một nucleosome với nucleosome tiếp theo.