Nukleosomi – kromatiinin rakennuspalikka ja geenien säätely
Tutustu nukleosomeihin — kromatiinin rakennuspalikoihin, jotka pakkaavat DNA:n ja säätelevät geenejä solun toiminnassa.
Nukleosomit ovat kromatiinin perusyksiköitä ja toimivat rakennuspalikoina, joista kromosomit muodostuvat. Ne muodostuvat histoniproteiinisydämen ympärille kietoutuneesta DNA:sta: noin 147 emäsparin pituinen DNA-kierros kiertyy noin 1,65 kertaa histoni-oktaamerin ympärille.
Nukleosomin rakenne
Nukleosomin ydin koostuu kahdesta kutakin histonityyppiä H2A, H2B, H3 ja H4 sisältävästä parista (yhteensä kahdeksan proteiinia, eli oktaameri). Tätä ydintä ympäröivän DNA:n lisäksi nukleosomien välillä on usein lyhyempiä linkkeri-DNA-segmenttejä. Linkkeri-DNA:han voi sitoutua myös linkkerihistoni H1, jolloin muodostuu niin kutsuttu kromatosomi, joka myötävaikuttaa korkeamman tason pakkautumiseen.
Kromatiinin järjestäytyminen
Yksittäiset nukleosomit asettuvat peräkkäin muodostaen beaded-necklace -tyyppistä rakennetta, mutta ne järjestäytyvät myös tiiviimmin eri pakkautumisasteisiin. Kromatiini voi olla löyhästi pakattua eukromatiinia (jossa geenit ovat helpommin toimintakykyisiä) tai tiiviisti pakattua heterokromatiinia (yleensä vähemmän aktiivista geeni-ilmentymisen kannalta). Lopulta kromatiini järjestyy mitoseissa ja meiooseissa tiiviiksi kromosomeiksi, mikä helpottaa DNA:n tasaista jakautumista.
Rooli geenien säätelyssä
Nukleosomien sijainti ja tiheys vaikuttavat suoraan siihen, kuinka helposti transkriptiotekijät ja RNA-polymeraasi pääsevät DNA:han. Kun DNA on tiukasti kääritty nukleosomin ympärille, geenien luettavuus usein heikkenee. Histonien kemialliset muutokset — kuten asetylaatio, metylaatio, fosforylaatio ja ubikvitylointi — muuttavat histonien vuorovaikutusta DNA:n ja säätelyproteiineiden kanssa ja toimivat keskeisinä epigeneettisinä merkkeinä, jotka säätelevät geenien aktiivisuutta.
Dynaamisuus ja säätelymekanismit
Nukleosomit eivät ole staattisia: ATP-riippuvaiset nukleosomien uudelleenjärjestelykompleksit (esim. SWI/SNF, ISWI, CHD, INO80) voivat siirtää, poistaa tai korvata nukleosomeja, mikä muuttaa DNA:n saavutettavuutta. Solusyklin aikana nukleosomeja puretaan ja koottaan uudelleen DNA:n replikaation ja transkription yhteydessä, ja histonivariantit sekä histonimuutokset välittyvät usein jälkeläissoluille osana epigeneettistä perintöä.
Merkitys soluissa ja taudeissa
Nukleosomirakenteen ja siihen liittyvien säätelymekanismien häiriöt voivat johtaa geenien epänormaaliin ilmentymiseen ja liittyä sairauksiin, kuten syöpiin ja perinnöllisiin epigeneettisiin häiriöihin. Tutkimus nukleosomien asemasta, histonimuutoksista ja nukleosomien uudelleenjärjestelyistä on siksi keskeistä ymmärrykselle solun toiminnasta ja sairausmekanismeista.
Yhteenvetona: nukleosomit pakkaavat pitkän DNA-molekyylin hallittuun muotoon, mahdollistavat DNA:n tiiviin organisoinnin solussa ja toimivat tärkeänä säätelyporttina geenien toiminnalle.
Nukleosomin rakenne
Yksityiskohdat
Nukleosomit muodostavat eukaryoottien kromatiinin toistuvat perusyksiköt. Tämä pakkaa suuret eukaryoottiset genomit ytimeen ja mahdollistaa sen hallinnan.
Nisäkässoluissa noin 10 µm halkaisijaltaan olevaan tumaan on pakattava noin kaksi metriä suoraviivaista DNA:ta. Nukleosomit taittuvat korkeampien rakenteiden sarjassa kromosomiksi. Taittuminen tiivistää DNA:ta ja lisää säätelykerroksen. Ohjaus varmistaa geenien oikean ilmentymisen.
Nukleosomien uskotaan kantavan epigeneettisesti periytyvää tietoa histonien modifikaatioina. Tämä tieto voi siirtyä tytärsoluihin, mutta se häviää yleensä meioosissa sukusoluista.
Don ja Ada Olinsin sekä Roger Kornbergin vuonna 1974 esittämä nukleosomihypoteesi oli suuri askel eukaryoottisen geeniekspression ymmärtämisessä. Kornberg sai Nobelin kemianpalkinnon (2006) tästä ja muista löydöksistä.
Nukleosomien dynamiikka
Vaikka nukleosomi on hyvin vakaa proteiini-DNA-kompleksi, se ei ole staattinen. Se käy läpi joitakin rakenteellisia uudelleenjärjestelyjä, kuten nukleosomin liukumista ja DNA-kohtien paljastumista. Nukleosomit voivat estää tai helpottaa transkriptiota.
Koska histonimuutokset löydettiin 1960-luvun puolivälissä, niiden uskottiin vaikuttavan transkriptioon.
Joidenkin modifikaatioiden on osoitettu korreloivan geenien vaimentamisen kanssa, toiset taas näyttävät korreloivan geenien aktivoitumisen kanssa. Näin tallennettua tietoa pidetään epigeneettisenä: sitä ei ole koodattu DNA:han, mutta se periytyy kuitenkin tytärsoluihin. Geenin tietyn tilan ylläpitäminen on usein välttämätöntä solujen erilaistumisen kannalta.
Etsiä