Нуклеосоми: структура.

Елементарною одиницею упаковки хроматину є нуклеосома. Нуклеосома складається з подвійної спіралі ДНК, обмотаною навколо специфічного комплексу з восьми нуклеосомних гістонів (гістонових октамер). Нуклеосома являє собою дисковидную частинку з діаметром близько 11 нм, містить по дві копії кожного з нуклеосомних гістонів (Н2А, Н2В, Н3, Н4). Гістонових октамер утворює білкову серцевину, навколо якої двічі обмотана двуспіральная ДНК (146 нуклеотидних пар ДНК на гістонових октамер).
Нуклеосоми, що входять до складу фібрил, розташовані більш-менш рівномірно уздовж молекули ДНК на відстані 10-20 нм один від одного. До складу нуклеосом входять чотири пари молекул гістонів: H2a, H2b, H3 і H4, а також одна молекула гистона H1.
Дані по структурі нуклеосом отримані з використанням рентгеноструктурного аналізу низького і високого дозволу кристалів нуклеосом, міжмолекулярних зшивок білок-ДНК і розщеплення ДНК у складі нуклеосом за допомогою нуклеаз або радикалів гідроксилу. А. Клугом була побудована модель нуклеосоми, відповідно до якої ДНК (146 п.о.) в B-формі (правозакрученная спіраль з кроком 10 п.о.) намотана на гістонових октамер, в центральній частині якого розташовані гістони Н3 і Н4, а на периферії – Н2А і Н2b. Діаметр такого нуклеосомного диска складає 11 нм, а його товщина – 5,5 нм. Структура, що складається з гістонових октамер і намотаною на нього ДНК, отримала назву нуклеосомной кoровой частинки. Кoровие частинки відокремлені один від одного сегментами лінкерной ДНК. Загальна довжина ділянки ДНК, включеного в нуклеосому тварин, складає 200 (+ / -15) п.о.
Поліпептидні ланцюги гістонів містять структурні домени декількох типів. Центральний глобулярний домен і гнучкі виступаючі N-і С-кінцеві ділянки, збагачені основними амінокислотами, отримали назву плечей (arm). С-кінцеві домени поліпептидних ланцюгів, які беруть участь у гистон-гістонових взаємодіях всередині кoровой частинки, знаходяться переважно у вигляді альфа-спіралі з протяжним центральним спіральним ділянкою, вздовж якого з двох сторін укладено по одній коротшою спіралі. Всі відомі місця оборотних посттрансляційних модифікацій гістонів, що відбуваються протягом клітинного циклу або під час диференціювання клітин, локалізовані в гнучких основних доменах їх поліпептидних ланцюгів (табл. I.2). При цьому N-кінцеві плечі гістонів H3 і H4 є самими консервативними ділянками молекул, а гістони в цілому – одними з найбільш еволюційно консервативних білків. За допомогою генетичних досліджень дріжджів S. cerevisiae було встановлено, що невеликі делеції і точкове мутації в N-кінцевих частинах генів гістонів супроводжуються глибокими і різноманітними змінами фенотипу дріжджових клітин, що вказує на важливість цілісності молекул гістонів в забезпеченні правильного функціонування еукаріотичних генів. У розчині гістони Н3 і Н4 можуть існувати у вигляді стабільних тетрамеров (Н3) 2 (Н4) 2, а гістони Н2А і Н2В – у вигляді стабільних димарів. Поступове підвищення іонної сили в розчинах, що містять нативний хроматин, призводить до звільнення спочатку димерів Н2А/Н2В, а потім тетрамеров Н3/Н4.
Уточнення тонкої структури нуклеосом в кристалах було проведено в роботі К. Люгера з співавт. (1997 р.) за допомогою рентгеноструктурного аналізу високого дозволу. Встановлено, що опукла поверхня кожного гістонових гетеродімер у складі октамер охоплена сегментами ДНК довжиною 27-28 п.о., розташованими по відношенню один до одного під кутом 140 градусів, які розділені лінкернимі ділянками довжиною в 4 п.о.
Просторова структура ДНК у складі кoрових частинок дещо відрізняється від B-форми: подвійна спіраль ДНК перекручена на 0,25-0,35 П.О. / Виток подвійної спіралі, що призводить до утворення кроку спіралі, рівному 10,2 п.о. / виток (у В-форми в розчині – 10,5 П.О. / виток). Стабільність комплексу гістонів у складі кoровой частинки визначається взаємодією їх глобулярних частин, тому видалення гнучких плечей в умовах м’якого протеолізу не супроводжується руйнуванням комплексу. N-кінцеві плечі гістонів, очевидно, забезпечують їх взаємодію зі специфічними ділянками ДНК. Так, N-кінцеві домени гистона Н3 контактують з ділянками ДНК на вході в кoровую частку і вихід з неї, тоді як відповідний домен гистона Н4 зв’язується з внутрішньою частиною ДНК нуклеосоми. Центральна частина сегмента ДНК довжиною в 121 п.о. у складі нуклеосоми утворює додаткові контакти з гістонів H3. При цьому N-кінцеві частини поліпептидних ланцюгів гістонів H3 і H2B проходять через канали, утворені малими борозенками сусідніх супервітков ДНК нуклеосоми, а N-кінцева частина гистона H2A контактує з малою борозенкою зовнішньої частини супервітка ДНК. ДНК у складі корови частинок нуклеосом огинає гістонових октамер нерівномірно. Кривизна порушується в місцях взаємодії ДНК з поверхнею гістонів, і такі злами найбільш помітні на відстані 10-15 і 40 п.о. від центру супервітка ДНК.
Роль гістонів у згортанні ДНК важлива з наступних причин:
1) Якщо б хромосоми складалися тільки з витягнутою ДНК, важко уявити, як вони могли б реплікуватись і розділятися по дочірнім клітинам, не заплутуючись або не ламаючись при цьому.
2) У витягнутому стані подвійна спіраль ДНК кожної людської хромосоми перетнула б клітинне ядро ​​тисячі разів; таким чином, гістони впорядкованим чином упаковують дуже довгу молекулу ДНК в ядро, що має кілька мікрометрів в діаметрі;
3) Не вся ДНК згорнута однаковим чином, і характер упаковки району генома в хроматин, ймовірно, впливає на активність генів, що містяться в даному районі.

В хроматині ДНК простирається як безперервна двуспіральная нитку від однієї нуклеосоми до іншої. Кожна нуклеосома відокремлена від наступної ділянкою лінкерной ДНК, який варіює в розмірах від 0 до 80 нуклеотидних пар. В середньому повторювані нуклеосоми мають нуклеотидний інтервал, що становить близько 200 нуклеотидних пар. На електронних мікрофотографіях таке чергування гістонових октамер з намотаною ДНК і лінкерной ДНК додає хроматину вид “намистин на нитці” (після обробок, що розгортають упаковку вищого порядку).

Comments are closed.