Коровая и линкерная ДНК нуклеосом

Обновлено: 01.05.2024

Эпигенетические механизмы биологических процессов и их роль в патогенезе онкологических заболеваний НИР

Epigenetic mechanisms of biological processes and their role in pathogenesis of oncological diseases

  • Руководитель НИР: Кирпичников М.П.
  • Ответственные исполнители: Феофанов А.В., Шайтан К.В.
  • Участники НИР: Армеев Г.А., Герасимова Н.С., Гераськина О.В., Малюченко Н.В., Соколова О.С., Студитский В.М., Шайтан А.К.
  • Подразделение: Кафедра биоинженерии
  • Срок исполнения: 1 марта 2019 г. - 31 декабря 2022 г.
  • Номер договора (контракта, соглашения): 19-74-30003
  • Номер ЦИТИС: АААА-А19-119060590116-7
  • Тип: Фундаментальная
  • Приоритетное направление научных исследований: Физико-химические основы биологии и биотехнологии
  • Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения
  • ПН России: Науки о жизни
  • Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
  • Критическая технология России: Технологии биоинженерии
  • Рубрики ГРНТИ:
    • 34.15.25 Молекулярная биология гена
    • 34.15.27 Генетическая инженерия
    • 34.17.03 Теоретическая и математическая биофизика
    • 34.17.15 Молекулярная биофизика

    Эпигенетические исследования призваны установить молекулярные механизмы включения/ выключения генов и адаптивной регуляции функции генома. Особо актуальными являются эпигенетические исследования регуляции генов, продукты которых вовлечены в патогенез различных, и, в частности, онкологических заболеваний. Новым этапом развития медицинской генетики является формирование эпигенетического подхода, в котором геном описывается как динамичная программа, реализуемая в условиях строго упорядоченных регуляторных взаимоотношений между генами и их продуктами (РНК, белками, надмолекулярными структурами). В связи с этим задачей данного проекта является исследование на молекулярном уровне эпигенетических механизмов, лежащих в основе возникновения и развития онкологических заболеваний, с перспективами разработки новых подходов к диагностике онкологических заболеваний и идентификации новых мишеней для разработки противораковых препаратов следующего поколения. Планируемые исследования направлены на анализ эпигенетической регуляции транскрипции генов фактором FACT, а также онкосупрессором р53, который также взаимодействует с ДНК в хроматине. Новизна проекта определяется постановкой актуальных и практически значимых задач, нацеленных на установление особенностей взаимодействия факторов FACT и р53 с нуклеосомами, т.е. структурами которые потенциально способны модулировать активацию генов, включая те, которые связаны с развитием патологий. В рамках проекта взаимодействия р53 и FACT с хроматином будут охарактеризованы как со структурной (влияние на структуру нуклеосом), так и с функциональной (влияние на процесс транскрипции) точек зрения. С использованием современных физико-химических методов (микроскопия одиночных частиц и их комплексов на основе Фёрстеровского резонансого переноса энергии (FRET), анализ электрофоретической подвижности в геле, в том числе, с измерением FRET, футпринтинг, методы интегративного моделирования, электронная микроскопия) будет определен механизм действия фактора FACT (дрожжевого и человеческого) на структуру нуклеосом, в том числе в присутствии вариантов гистонов, регуляторных белков и пост-трансляционных модификаций. Будет определен вклад внутренней подвижности нуклеосом в динамику данных процессов и изучены предпосылки активации p53-зависимых генов на уровне нуклеосом. Полученная нами информация о функционировании FACT на молекулярном и нуклеосомном уровне послужит основой для определения механизмов действия потенциальных противоопухолевых препаратов. В данном проекте будет существенно уточнен механизм действия противоопухолевых соединений кураксинов, мишенью которых является FACT, а также изучено влияние нуклеосом-связывающих пептидов в качестве ингибиторов FACT. В ходе решения технических, методических и фундаментальных научных задач по ходу проекта будут существенно усовершенствованы методики микроскопии одиночных частиц и их комплексов на основе FRET для изучения конформационной динамики нуклеосом, а также уточнены динамические модели организации нуклеосом, включая детали внутренней динамики нуклеосом и строения линкерной области. В сотрудничестве с партнером-инвестором результаты проекта будут использованы в качестве основы для последующей разработки оригинальных технологий персонифицированной диагностики и лечения онкологических заболеваний на основе новых открытых молекулярных мишеней.

    Epigenetic studies are designed to establish the molecular mechanisms of switching genes on/ off and adaptive regulation of genome function. Particularly relevant are epigenetic studies of gene regulation, the products of which are involved in the pathogenesis of various diseases, and in particular cancer. A new stage in the development of medical genetics is the epigenetic approach, in which the genome is described as a dynamic program implemented in a strictly ordered regulatory relationships between genes and their products (RNA, proteins, supramolecular structures). In this regard, the objective of this project is to study at the molecular level the epigenetic mechanisms underlying the emergence and development of cancer, with the prospects of developing new approaches to the diagnosis of cancer and the identification of new targets for the development of next-generation anticancer drugs. The planned studies are aimed at the analysis of epigenetic regulation of gene transcription by factor FACT, as well as by the p53 tumor suppressor, which also interacts with DNA in chromatin. The novelty of the project is determined by the formulation of actual and practically significant tasks aimed at establishing the features of the interaction of factors FACT and p53 with nucleosomes, i.e. structures that are potentially able to modulate the activation of genes, including those associated with the development of pathologies. Within the framework of the project, the interaction of p53 and FACT with chromatin will be characterized both from structural (influence on the structure of nucleosomes) and from functional (influence on the transcription process) points of view. Using modern physical and chemical methods (microscopy of single particles and their complexes based on the Ferster resonance energy transfer (FRET), analysis of electrophoretic mobility in the gel, including the measurement of FRET, footprinting, methods of integrative modeling, electron microscopy), the mechanism of action of the factor FACT (yeast and human) on the structure of nucleosomes, including action in the presence of variants of histones, regulatory proteins and post-translational modifications will be determined. The contribution of internal mobility of nucleosomes to the dynamics of these processes will be determined and the prerequisites for the activation of p53-dependent genes at the level of nucleosomes will be studied. The obtained information about FACT functioning at the molecular and nucleosomal level will serve as a basis for determining the mechanisms of action of potential anticancer drugs. This project will substantially clarify the mechanism of action of anti-cancer compounds curaxins, targeted at the FACT, and the effect of nucleosomes-binding peptides inhibiting FACT will be studied. In the course of addressing technical, methodical and fundamental scientific problems during the project development will be significantly improved methods of microscopy of single particles and their complexes on the basis of FRET to study the conformational dynamics of nucleosomes, as well as the dynamic model of the organization of nucleosomes, including the details on the internal dynamics of nucleosomes and the structure of the linker region. In cooperation with the investor, the results of the project will be used as a basis for the further development of original technologies for personalized diagnosis and treatment of cancer on the basis of newly discovered molecular targets.

    В рамках проекта будут определены молекулярные основы функционирования про-опухолевого фактора FACT и онкосупрессора p53 при эпигенетической регуляции генов в хроматине на уровне нуклеосом и изучены механизмы модуляции активности этих белковых комплексов различными факторами. С использованием методов электронной микроскопии будут определены механизмы действия фактора FACT (дрожжевого и человеческого) и белка р53 на структуру нуклеосом, и выявлены интермедиаты разворачивания нуклеосом фактором FACT. Будет определено влияние ковалентных модификаций и вариантов гистонов, внутренней динамики нуклеосом, регуляторных белков и нуклеосом-связывающих пептидов на взаимодействия FACT c нуклеосомами. Будет изучено влияние вариантного гистона H2A.Z, ацетилированного гистона H3, негистоновых HMGB- содержащих регуляторных белков HMO1 и HMGB1, и нуклеосом-связывающих пептидов на реорганизацию нуклеосом фактором FACT. Будут определены механизмы действия про-опухолевого фактора FACT в процессе транскрипции нуклеосом, а также влияния ковалентных модификаций коровых гистонов и варианта гистона Н2А.Z на этот процесс. Будут детально изучены молекулярные основы действия анти-раковых препаратов кураксинов на разворачивание нуклеосом фактором FACT. Будут получены данные о роли доменов FACT в транскрипции нуклеосом РНК полимеразой 2 и в реорганизации нуклеосом. Будет количественно определена высота нуклеосомного барьера при транскрипции в присутствии различных вариантов фактора FACT. Полученные данные позволят дополнить и детализировать модель действия кураксинов на FACT-опосредованное ремоделирование нуклеосом. Будут выполнены методические разработки, которые позволят существенно повысить аналитические возможности микроскопии одиночных частиц и их комплексов на основе Фёрстеровского резонансого переноса энергии (spFRET микроскопии) применительно к изучению конформационной динамики нуклеосом, а также уточнить динамические модели организации нуклеосом, включая детали внутренней динамики нуклеосом и строения линкерной области. Полученные результаты будут соответствовать мировому уровню. Результаты проекта предполагается использовать в качестве основы для последующей разработки оригинальных технологий для персонифицированной диагностики и лечения онкологических заболеваний на основе новых молекулярных мишеней.

    Источник финансирования НИР

    Этапы НИР

    Прикрепленные к НИР результаты

    Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, . ). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

    Коровая и линкерная ДНК нуклеосом

    • В зависимости от доступности для микрококковой нуклеазы ДНК нуклеосом делится на коровую и линкерную

    • Длина коровой ДНК составляет 146 пн, и она расположена на коровых частицах, которые образуются при продолжительном переваривании хроматина микрококковой нуклеазой

    • Изменения в общей длине нуклеосомной ДНК определяются изменениями длины линкерной ДНК

    • Гистон Н1 связан с линкерной ДНК и, вероятно, локализован в точке входа ДНК в нуклеосому и выхода из нее

    В составе нуклеосом из разных источников находится ДНК различной длины. Однако для них характерна общая основная структура. При связывании ДНК с октамером гистонов образуется коровая частица, содержащая 146 пн ДНК, независимо от общей длины ДНК, входящей в нуклеосому. Вариабельность обшей длины нуклеосомной ДНК накладывается на эту основную структуру.

    Коровая частица была идентифицирована по действию нуклеазы микрококков на нуклеосомный мономер. Вначале фермент образует разрывы в ДНК, расположенной между нуклеосомами. Однако если продолжить реакцию после того, как образовались мономеры, то расщепление захватывает часть ДНК самой нуклеосомы. Эта реакция протекает путем «подрезания» ДНК с концов нуклеосомы.

    Как показано на рисунке ниже, длина ДНК уменьшается ступенчато. Например, в ядрах печени крысы нуклеосомные мономеры сначала содержат отрезок ДНК длиной в 205 пн. Потом обнаруживаются мономеры, у которых длина ДНК снижена до 165 пн. Наконец, длина этих мономеров сокращается до размера ДНК в коровой частице, 146 пн. (Эта частица достаточно устойчива, однако если продолжать обработку ферментом, то образуется «ограниченный перевар», содержащий фрагменты, самые длинные из которых соответствуют 146 пн коровой ДНК, а самые короткие достигают 20 пн.)

    На основании такого анализа можно разделить нуклеосомную ДНК на две части:
    • Коровая ДНК имеет постоянную длину 146 пн и относительно устойчива к расщеплению нуклеазами.
    • Линкерная ДНК включает остаток повторяющейся единицы. Ее длина варьирует от такого малого размера, как 8 пн, до такого большого, как 114 пн на одну нуклеосому.

    Четко ограниченный размер полосы ДНК, образующейся в результате начального этапа расщепления нуклеазой, говорит о том, что область, непосредственно доступная для действия фермента, ограничена. В нее входит только часть каждого линкера. (Если бы вся линкерная часть была чувствительна, то размер полосы находился бы в интервале от 146 пн до > 200 пн.) Однако после того, как в линкерной ДНК образовался разрыв, оставшаяся часть ДНК становится чувствительной и довольно быстро расщепляется ферментом. На рисунке ниже представлены этапы расщепления ДНК нуклеосом микрококковой нуклеазой.

    Коровые частицы обладают близкими к нуклеосомам свойствами, однако по размеру они меньше. Тем не менее по форме они напоминают нуклеосомы. Это позволяет считать, что основная структура нуклеосомы определяется взаимодействием между ДНК и белковым октамером коровой частицы. Поскольку коровые частицы легче получить в виде гомогенных препаратов, они чаще используются для структурных исследований, чем нуклеосомы. (Нуклеосомы варьируют по размеру, поскольку трудно получить препарат, в котором концы ДНК не были бы подрезаны.)

    Какую физическую природу имеют коровая и линкерные области? Эти названия были предложены в качестве рабочих для описания областей нуклеосом, обладающих различной чувствительностью к обработке нуклеазой, и не имеют отношения к их действительной структуре. Тем не менее основная часть коровой ДНК плотно накручена на нуклеосому, а терминальные участки коровой и линкерной областей более релаксированы.

    Существование линкерной ДНК зависит от факторов, не связанных с четырьмя коровыми гистонами. Эксперименты по реконструкции нуклеосом in vitro показывают, что гистоны обладают характерной способностью к организации ДНК в коровых частицах, но не образуют нуклеосомы с присущими им парамерами. Важную роль играет степень суперспирализации ДНК. Гистон Н1 и/или негистоновые белки влияют на длину линкерной ДНК, связанной с октамерами гистонов в серии нуклеосом. В сборке нуклеосом из гистонов и ДНК in vivo участвуют «сборочные белки», которые не являются частью структуры нуклеосом.

    Где локализуется гистон Н1? Этот гистон теряется при деградации мономеров нуклеосом. Он еще сохраняется в мономерах, включающих 165 пн ДНК, но всегда отсутствует в 146 пн коровых частицах. Это позволяет предполагать, что Н1 локализуется в области, где линкерная ДНК непосредственно примыкает к коровой.

    Если гистон Н1 локализован в линкерной области, он может «запечатывать» ДНК в нуклеосоме, связываясь в точке, где ДНК входит в нуклеосому и выходит из нее. Представление о том, что гистон Н1 находится в межнуклеосомной области, согласуется с давно известными результатами о быстром удалении гистона Н1 из хроматина и столь же быстрой после этого «солюбилизации» хроматина. Также после удаления гистона Н1 легче получается фибрилла, содержащая бусинки на нитке.

    Микрококковая нуклеаза дискретным образом снижает размеры ДНК в пределах мономеров нуклеосом. Вначале микрококковая нуклеаза образует разрывы между нуклеосомами.
    Обычно мононуклеосомы содержат 200 пн ДНК.
    После подрезания концов длина ДНК сокращается вначале до 165 пн, а затем образуются коровые частицы, содержащие 146 пн.

    Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

    Биология и медицина

    Нуклеосома (nucleosome) - субъединица хроматина, состоящая из ДНК и набора из четырех пар гистоновых белков Н2А , Н2В , Н3 и Н4 одной молекулы гистона H1. Гистон Н1 связывается с линкерной ДНК между двумя нуклеосомами.

    Нуклеосома является элементарной единицей упаковки хроматина. Она состоит из двойной спирали ДНК, обмотанной вокруг специфического комплекса из восьми нуклеосомных гистонов ( гистонового октамера ). Нуклеосома представляет собой дисковидную частицу с диаметром около 11 нм, содержащую по две копии каждого из нуклеосомных гистонов (Н2A, Н2В, НЗ, Н4 ). Гистоновый октамер образует белковую сердцевину, вокруг которой дважды обмотана двуспиральная ДНК (146 нуклеотидных пар ДНК на гистоновый октамер).

    Нуклеосомы, входящие в состав фибрилл, расположены более или менее равномерно вдоль молекулы ДНК на расстоянии 10-20 нм друг от друга.

    Данные по структуре нуклеосом получены с использованием рентгеноструктурного анализа низкого и высокого разрешения кристаллов нуклеосом, межмолекулярных сшивок белок-ДНК и расщепления ДНК в составе нуклеосом с помощью нуклеаз или радикалов гидроксила. А. Клугом была построена модель нуклеосомы , в соответствии с которой ДНК (146 п.о.) в B-форме (правозакрученная спираль с шагом 10 п.о.) намотана на гистоновый октамер, в центральной части которого расположены гистоны Н3 и Н4, а на периферии - Н2а и Н2b. Диаметр такого нуклеосомного диска составляет 11 нм, а его толщина - 5,5 нм. Структура, состоящая из гистонового октамера и намотанной на него ДНК, получила название нуклеосомной кoровой частицы .Кoровые частицы отделены друг от друга сегментами линкерной ДНК. Общая длина участка ДНК, включенного в нуклеосому животных, составляет 200 (+/-15) п.о.

    Полипептидные цепи гистонов содержат структурные домены нескольких типов. Центральный глобулярный домен и гибкие выступающие N- и С-концевые участки, обогащенные основными аминокислотами, получили название плеч (arm). С-концевые домены полипептидных цепей, участвующие в гистон-гистоновых взаимодействиях внутри кoровой частицы, находятся преимущественно в виде альфа-спирали с протяженным центральным спиральным участком, вдоль которого с двух сторон уложено по одной более короткой спирали. Все известные места обратимых посттрансляционных модификаций гистонов, происходящих на протяжении клеточного цикла или во время дифференцировки клеток, локализованы в гибких основных доменах их полипептидных цепей ( табл. I.2 ). При этом N-концевые плечи гистонов H3 и H4 являются самыми консервативными участками молекул, а гистоны в целом - одними из наиболее эволюционно консервативных белков. С помощью генетических исследований дрожжей S. cerevisiae было установлено, что небольшие делеции и точковые мутации в N-концевых частях генов гистонов сопровождаются глубокими и разнообразными изменениями фенотипа дрожжевых клеток, что указывает на важность целостности молекул гистонов в обеспечении правильного функционирования эукариотических генов. В растворе гистоны Н3 и Н4 могут существовать в виде стабильных тетрамеров (Н3)2(Н4)2, а гистоны Н2А и Н2В - в виде стабильных димеров. Постепенное повышение ионной силы в растворах, содержащих нативный хроматин, приводит к освобождению сначала димеров Н2А/Н2В, а затем тетрамеров Н3/Н4.

    Уточнение тонкой структуры нуклеосом в кристаллах было проведено в работе К. Люгера с соавт. (1997 г.) с помощью рентгеноструктурного анализа высокого разрешения. Установлено, что выпуклая поверхность каждого гистонового гетеродимера в составе октамера огибается сегментами ДНК длиной 27-28 п.о., расположенными по отношению друг к другу под углом 140 градусов, которые разделены линкерными участками длиной в 4 п.о.

    Пространственная структура ДНК в составе кoровых частиц несколько отличается от B-формы: двойная спираль ДНК перекручена на 0,25-0,35 п.о./виток двойной спирали, что приводит к образованию шага спирали, равному 10,2 п.о./виток (у В-формы в растворе - 10,5 п.о./виток). Стабильность комплекса гистонов в составе кoровой частицы определяется взаимодействием их глобулярных частей, поэтому удаление гибких плеч в условиях мягкого протеолиза не сопровождается разрушением комплекса. N- концевые плечи гистонов, по-видимому, обеспечивают их взаимодействие со специфическими участками ДНК. Так, N-концевые домены гистона Н3 контактируют с участками ДНК на входе в кoровую частицу и выходе из нее, тогда как соответствующий домен гистона Н4 связывается с внутренней частью ДНК нуклеосомы. Центральная часть сегмента ДНК длиной в 121 п.о. в составе нуклеосомы образует дополнительные контакты с гистоном H3. При этом N- концевые части полипептидных цепей гистонов H3 и H2B проходят через каналы, образуемые малыми бороздками соседних супервитков ДНК нуклеосомы, а N-концевая часть гистона H2A контактирует с малой бороздкой внешней части супервитка ДНК. ДНК в составе коровых частиц нуклеосом огибает гистоновые октамеры неравномерно. Кривизна нарушается в местах взаимодействия ДНК с поверхностью гистонов, и такие изломы наиболее заметны на расстоянии 10-15 и 40 п.о. от центра супервитка ДНК.

    Роль гистонов в свертывании ДНК важна по следующим причинам:

    1) Если бы хромосомы состояли только из вытянутой ДНК, трудно вообразить, как они могли бы реплицироваться и разделяться по дочерним клеткам, не запутываясь или не ломаясь при этом.

    2) В вытянутом состоянии двойная спираль ДНК каждой человеческой хромосомы пересекла бы клеточное ядро тысячи раз; таким образом, гистоны упорядоченным образом упаковывают очень длинную молекулу ДНК в ядро, имеющее несколько микрометров в диаметре;

    3) Не вся ДНК свернута одинаковым образом, и характер упаковки района генома в хроматин , вероятно, влияет на активность генов , содержащихся в данном районе.

    В хроматине ДНК простирается как непрерывная двуспиральная нить от одной нуклеосомы к другой. Каждая нуклеосома отделена от следующей участком линкерной ДНК, который варьирует в размерах от 0 до 80 нуклеотидных пар. В среднем повторяющиеся нуклеосомы имеют нуклеотидный интервал, составляющий около 200 нуклеотидных пар. На электронных микрофотографиях такое чередование гистонового октамера с намотанной ДНК и линкерной ДНК придает хроматину вид "бусин на нитке" (после обработок, развертывающих упаковку высшего порядка).

    Нуклеосома

    Нуклеосом представляет собой комплекс , содержащий сегмент ДНК , 146 или 147 пар нуклеотидов, обернутых вокруг сердца, состоящие из белков ( гистоны ). У эукариот нуклеосома составляет основную организационную единицу хроматина . Он представляет собой первый уровень уплотнения ДНК в ядре , его геометрию часто сравнивают с проволокой, намотанной на катушку.

    Кристаллическая структура нуклеосомы . В гистоны H2A , H2B , H3 и H4 красочны, и с ДНК в серый цвет. (PDB: 1EQZ ))

    Контролируя доступность двойной цепи ДНК , нуклеосома непосредственно участвует в регуляции нескольких ядерных процессов, таких как транскрипция , репликация или репарация ДНК . Оно также помогает регулировать эпигенетическую из генной экспрессии , с помощью модификации его гистонов определяет активный или беззвучный характер некоторых областей генома , этот процесс называется гистоны код .

    Резюме

    Состав

    Частица сердца


    • Гистоны H2A
    • Гистоны H2B
    • Гистоны H3
    • Гистоны H4

    Центральная частица нуклеосомы (или ядра нуклеосомы) состоит из белкового ядра из восьми гистоновых белков (по две копии каждого из гистонов H2A , H2B , H3 и H4 ), вокруг которых намотано около 146 пар оснований ДНК. Более 1,65 повороты. Все образует цилиндр диаметром 11 нм и высотой 5,5 нм , массой 205 кДа (гистоны и ДНК составляют половину этой массы).

    Внутри хроматина частицы ядра отделены друг от друга так называемыми линкерными сегментами ДНК . Строго говоря , термин нуклеосома относится к набору, образованному коровой частицей и соседней связывающей ДНК, но он часто используется для обозначения только коровой частицы.

    Корневая частица представляет собой первый уровень уплотнения ДНК: 146 пар оснований, намотанные вокруг октамера гистонов, в шесть раз компактнее, чем фрагмент «голой» ДНК такой же длины.

    Хроматосома

    Хроматосома образована ассоциацией гистона, связывающего H1, с коровой частицей. Гистон H1 связывает ДНК там, где он входит и выходит из сердечной частицы. Он вызывает соединение связывающих ДНК, входящих и выходящих примерно на тридцати парах оснований, ограничивая их движения и, таким образом, запечатывая нуклеопротеидный комплекс.

    Белки, отличные от гистонов H1, способны связывать ДНК-связывающие агенты. Было предложено называть их все вместе как «связывающие белки» и расширить определение хроматосомы, включив в него любую ассоциацию коровой частицы со связывающим белком, независимо от того, является ли он гистоном. Предполагается, что природа связывающего белка влияет как на свойства нуклеосомы, так и на способность хроматина образовывать структуры более высокого порядка (такие как хроматиновые волокна длиной 30 нм ).

    Нуклеофиламент


    Нуклеофиламенты хроматина деконденсированного эритроцитами цыплят наблюдаются под электронным микроскопом . Последовательность основных частиц (черные кончики), разделенных связывающими ДНК (белые кончики), получила название этой структуры «жемчужное ожерелье». Масштаб: 50 нм .

    Хотя это первая наблюдаемая структура хроматина, нуклеофиламент, тем не менее, вероятно, является лишь экспериментальным артефактом, возникающим в результате воздействия на хроматин слабых ионных сил, последовательность нуклеосом, никогда не принимающих конформации, также расширяется в физиологических условиях.

    Биохимия

    Аминоконцевые концы гистонов выступают за пределы глобулярной части нуклеосомы и подвергаются ковалентным модификациям, катализируемым специфическими ферментами (гистон-ацетилтрансфераза и гистон-деацетилаза, гистон-метилаза, гистон-киназа, убиквитиназа и т. Эти модификации могут действовать либо путем изменения уплотнения нуклеосомы, либо путем создания кода, сигнализирующего о специфическом рекрутировании факторов транскрипции .

    Нуклеосомы также могут перемещаться по ДНК под действием ремоделирующих комплексов активности цепи АТФазы , типа SWI2 / SnF2.

    Нуклеосома архей

    Первоначально считавшаяся специфичной для эукариот , нуклеосома также существует у некоторых архей . Белки, гомологичные эукариотическим гистонам, были идентифицированы у большинства видов Euryarchaeota . Нуклеосома архея состоит из тетрамера этих гистонов архея, вокруг которого намотан фрагмент ДНК из примерно 60 пар оснований. Структура этого тетрамерной нуклеосома выглядит очень похожа на что из H3 - H4 тетрамер в центре эукариотических нуклеосом. Он выполняет те же функции уплотнения ДНК и регуляции транскрипции, что и его эукариотический аналог.

    Нуклеосома


    Структура и «сборка» нуклеосомы. Показано образование и строение гистонного октамера и структура комплекса ДНК-гистонный октамер — нуклеосомы.

    Нуклеосома — это структурная часть хромосомы, образованная совместной упаковкой нити ДНК с гистоновыми белками H2А, H2B, H3 и H4. Последовательность нуклеосом, соединенная гистоновым белком H1, формирует нуклеофиламент (nucleofilament), или иначе нуклеосомную нить.

    Вокруг нуклеосомного ядра, представленного гистонным октамером, ДНК делает 1,67 оборота (147 п.н.). Участок ДНК, между нуклеосомами, называется линкерной ДНК и составляет 10—100 п.н.

    Сборка нуклеосомы происходит на ДНК. При репликации ДНК материнские гистоны распределяются случайным образом по дочерним цепям. Гистоновые шапероны временно экранируют заряд гистонов, обеспечивая правильную сборку нуклеосомы. Шаперон CAF1 связан с PCNA, сидит в репликационной вилке, связывая «старые» димеры H3H4, начинает пострепликационную сборку нуклеосом с посадки этого димера.

    Последовательности ДНК могут в 1000 раз отличаться по потенциалу связывать нуклеосому. Если подряд следуют последовательности, изгибающие ДНК в одну сторону (например, ТАТА), связывание нуклеосомы будет неустойчиво.

    В геноме присутствуют:

    • участки, свободные от нуклеосом (сайты связывания транскрипционных акторов, регуляторных белков);
    • участки, где положение нуклеосомы строго фиксировано;
    • участки, в которых нуклеосомная укладка подвержена регуляции белками АТФ-зависимого ремоделинга хроматина.

    Литература

    • Хромосомы
    • Эпигенетическое наследование
    • ДНК

    Wikimedia Foundation . 2010 .

    Полезное

    Смотреть что такое "Нуклеосома" в других словарях:

    Нуклеосома — * нуклеасома * nucleosome or nu(v) particle дискообразные структуры эукариотических хромосом диаметром ок. 10 нм, являющиеся элементарной единицей упаковки хромосмной ДНК в хроматине. Состоит из белкового ядра, включающего октомеры из четырех пар … Генетика. Энциклопедический словарь

    нуклеосома — nucleosome, nu (ν) particle нуклеосома. Дисковидная структура диаметром около 10 нм, являющаяся элементарной единицей упаковки хромосомной ДНК в хроматине ; состоит из белкового ядра (включает октамер гистонов Н2 … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

    Нуклеосома — дисковидная структура, являющаяся элементарной единицей упаковки хромосомной ДНК в хроматине. Состоит из белка (гистона) и обернутой вокруг него двойной спирали ДНК … Словарь по психогенетике

    минимальная нуклеосома — core particle, minimal nucleosome коровая частица, минимальная нуклеосома. Единица упаковки ДНК, стабильно существующая при формировании нуклеосомной структуры и включающая 146 пар нуклеотидов и октамер коровых гистонов ;… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

    Клеточное ядро — Клетки HeLa, ДНК которых окрашена голубым красителем Хёхста 33258. Центральная и правая клетки находятся в интерфазе, по … Википедия

    Кариоплазма — Клетки ДНК которых окрашена голубым красителем Хойста. Центральная и правая клетки находятся в интерфазе, поэтому окрашено всё ядро. Клетка слева находится в состоянии митоза (анафаза), поэтому её ядро не видно, а ДНК сконденсирована так, что… … Википедия

    Нуклеоплазма — Клетки ДНК которых окрашена голубым красителем Хойста. Центральная и правая клетки находятся в интерфазе, поэтому окрашено всё ядро. Клетка слева находится в состоянии митоза (анафаза), поэтому её ядро не видно, а ДНК сконденсирована так, что… … Википедия

    Эукариотическое ядро — Клетки ДНК которых окрашена голубым красителем Хойста. Центральная и правая клетки находятся в интерфазе, поэтому окрашено всё ядро. Клетка слева находится в состоянии митоза (анафаза), поэтому её ядро не видно, а ДНК сконденсирована так, что… … Википедия

    Ядерная оболочка — Клетки ДНК которых окрашена голубым красителем Хойста. Центральная и правая клетки находятся в интерфазе, поэтому окрашено всё ядро. Клетка слева находится в состоянии митоза (анафаза), поэтому её ядро не видно, а ДНК сконденсирована так, что… … Википедия

    Читайте также: