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5.6:

Il nucleosoma

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Biologia Molecolare
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The Nucleosome

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Le proteine svolgono un ruolo chiave nel determinare la struttura fisica di un cromosoma. Le più abbondanti di queste sono piccole, caricate positivamente e vengono definite istoni. La carica positiva consente loro di associarsi strettamente al DNA caricato negativamente.Durante alcuni stadi del ciclo cellulare, il DNA è avvolto strettamente intorno a specifici tipi di istoni, e forma strutture chiamate nucleosomi. I nucleosomi sono spesso descritti come perle su una stringa di DNA. Un nucleosoma consiste di alcuni elementi chiave:il primo elemnto è un ottamero di proteine istoniche, due molecole ciascuna di H2A, H2B, H3 e H4.Un nucleosoma, inoltre, ha una lunghezza di 145-147 paia di basi di DNA avvolte intorno all’ottamero istonico quasi due volte.Insieme, l’ottamero istonico e il DNA avvolto intorno ad esso vengono definiti particella di nucleo nucleosomico. Ciascuno degli istoni nella particella di nucleo nucleosomica ha una piccola coda carica positivamente costituita da di 11 a 27 amminoacidi. Le code si estendono dalla particella nucleo nucleosomica e aiutano a mantenere il DNA e gli istoni associati caricati negativamente.Inoltre, le code istoniche possono interagire con le code dalle particelle nucleairi vicine, il che facilita il confezionamento del DNA. Un quinto tipo di istone, H1, gioca un ruolo chiave nella struttura nucleosomica, anche se non fa parte della particella nucleo nucleosoma. H1 si lega al DNA dove si unisce e poi lascia l’ottamero, agendo come stabilizzatore per mantenenere il DNA in posizione.Infine, il nucleosoma comprende anche il tratto del DNA linker adiacente alla particella del nucleo nucleosomico. Il DNA linker che separa ogni particella nucleare può variare in lunghezza, tra i vari tipi di cellule, da circa 30 a 40 coppie di basi. Mentre i termini nucleosoma”e particella nucleo nucleosomica”sono spesso utilizzati in modo intercambiabile, il nucleosoma in realtà si riferisce alla particella nucleo nucleosomica e al DNA linker adiacente.Complessivamente, i nucleosomi sono in grado di ridurre una lunga molecola di DNA, ad un filo di cromatina lungo circa un terzo della sua lunghezza originale.

5.6:

Il nucleosoma

DNA in a human cell is almost 2m long and it is packed inside a tiny nucleus that is only a few microns in diameter. The level of compaction of DNA inside the nucleus is astonishing. It is organized into several sequentially higher levels of compaction to fit into such a tiny space. The most compact form of DNA is a chromosome that can be seen under a microscope in a dividing cell.

DNA is wound twice around a protein complex called histone core, that consist of 8 histone proteins. This complex of DNA and histone protein is called the nucleosome, the fundamental and functional unit of DNA compaction. Nucleosomes can further coil around themselves into higher order compaction.

When the DNA is extracted from cells in low salt conditions and examined under a microscope, it resembles the beads on a string. The string represents the free DNA called "linker DNA," connecting the bead-like nucleosomes. If the DNA is isolated in physiological salt conditions (0.15 M KCl), it assumes a fiber-like form with 30 nm diameter that is bound to H1, a nonhistone protein. The H1 protein tightly binds to both the nucleosome and does not allow the DNA to slip.

Histones are highly conserved proteins

The amino acid sequences of core histone proteins are highly conserved between distantly related species. For example, the amino acid sequence of H3 histone between calf thymus and pea plant has only four amino acid differences.

Nonhistone proteins

Nucleosomes complex is also bound by a small proportion of nonhistone proteins, which help in maintaining the compaction and organizing long chromatin loops. Nonhistone proteins are also involved in the regulation of DNA replication and RNA synthesis.

Suggested Reading

  1. Molecular Cell Biology, Lodish, 8th edition, Pages 328-339
  2. Annunziato, A. "DNA packaging: nucleosomes and chromatin." Nature Education 1, no. 1 (2008): 26.