Hvad er et nukleosom? Definition, struktur og funktion i kromatin
Lær hvad et nukleosom er: struktur, histoner, DNA-pakning og funktion i kromatin — nøglen til genregulering, DNA-komprimering og celledeling.
Nukleosomer er byggestenene i kromosomer. Hvert nukleosom består af et stykke DNA viklet omkring en kerne af histonprotein. Denne regelmæssige pakning af DNA i nukleosomer er grundlaget for kromatinets struktur og gør det muligt at komprimere det meget lange DNA-molekyle, så det kan være i cellekernen.
Struktur
Et klassisk nukleosom indeholder en histon-octamer bestående af to kopier hver af histonerne H2A, H2B, H3 og H4. Omkring denne octamer er cirka 147 basepar DNA viklet i omkring 1,65 omdrejninger. Mellem nukleosomerne ligger linker-DNA (typisk 10–80 basepar), og et ekstra histon, H1, binder ofte til linker-DNA og hjælper med at stabilisere højereordens pakkestrukturer.
Funktion
- Pakning: Nukleosomer tillader effektiv sammenfoldning af det lange DNA, så det passer i cellekernen.
- Beskyttelse: DNA bundet til histoner er delvist beskyttet mod skader og degradering.
- Regulering af genaktivitet: Placering og kemiske ændringer af histoner påvirker, hvor tilgængeligt DNA er for transkriptionsmaskineriet, og dermed om et gen er aktivt eller slukket. Dette er en central mekanisme i epigenetisk regulering (regulerer genernes funktion).
- Rolle ved celleprocesser: Ved celledeling, replikation og DNA-reparation skal nukleosomer ofte fjernes, flyttes eller genindsættes, så de ikke hindrer de nødvendige enzymer.
Regulering og dynamik
Nukleosomer er ikke statiske — de kan flytte sig langs DNA (sliding), blive delvist fjernet (eviction) eller få udskiftet histoner. Enzymer og komplekser, kaldet kromatinremodelleringskomplekser (fx SWI/SNF), samt histon-modificerende enzymer ændrer kromatinets tilgængelighed via post-translationelle modifikationer som acetylation, methylation, phosphorylierung og ubiquitination. Disse kemiske mærker udgør i praksis en "histonkode", der hjælper cellen med at afgøre, hvilke områder af genomet der skal være aktive.
Betydning for genregulering og sygdom
Nukleosomernes positionering nær promotorer og regulatoriske elementer påvirker transkriptionens start og styrke. Ændringer i histon-modifikationer eller i de maskiner, der håndterer nukleosomer, kan føre til forkert genregulering og er forbundet med sygdomme, herunder kræft. Derfor er en del lægemidler rettet mod histon-modificerende enzymer (fx HDAC-hæmmere) under udvikling eller i klinisk brug.
Hvordan studeres nukleosomer?
Forskere bruger teknikker som MNase-sekventering (MNase-seq) til at kortlægge nukleosomposition, ChIP-sekventering (ChIP-seq) til at identificere histonmodifikationer og avancerede strukturbestemmelsesmetoder (fx cryo-EM) til at se detaljerne i histon–DNA-interaktioner.
Samlet set er nukleosomer essentielle både for fysisk pakning af genomisk DNA og for reguleringen af adgangen til genetisk information — fra daglig genregulering i cellen til kritiske processer ved kromatin omorganisering og funktion i hele organismen.
Strukturen af et nukleosom
Detaljer
Nukleosomer udgør de grundlæggende gentagende enheder i eukaryotisk kromatin. Dette pakker de store eukaryote genomer ind i kernen og gør det muligt at kontrollere den.
I pattedyrceller skal omkring to meter lineært DNA pakkes ind i en kerne med en diameter på ca. 10 µm. Nukleosomer foldes sammen i en række strukturer af højere orden for at danne et kromosom. Denne foldning komprimerer DNA'et og tilføjer et lag af regulerende kontrol. Denne kontrol sikrer korrekt genudtryk.
Nukleosomer menes at bære epigenetisk nedarvet information som modifikationer af deres kernehistoner. Denne information kan videregives til datterceller, men den udslettes normalt ved meiose i kønsceller.
Nucleosomhypotesen, som blev foreslået af Don og Ada Olins og Roger Kornberg i 1974, var et stort skridt i retning af forståelse af eukaryote genekspression. Kornberg modtog Nobelprisen i kemi (2006) for denne og andre opdagelser.
Dynamik i nukleosomer
Selv om nukleosomet er et meget stabilt protein-DNA-kompleks, er det ikke statisk. Det gennemgår nogle strukturelle omlægninger, f.eks. nukleosomglidning og eksponering af DNA-steder. Nukleosomer kan hæmme eller lette transkriptionen.
Siden de blev opdaget i midten af 1960'erne, har man troet, at histonændringer kunne påvirke transkriptionen.
Nogle modifikationer har vist sig at være korreleret med gen-stumning, mens andre synes at være korreleret med genaktivering. Den information, der er lagret på denne måde, betragtes som epigenetisk: den er ikke kodet i DNA'et, men arves ikke desto mindre af dattercellerne. Opretholdelse af en bestemt tilstand for et gen er ofte nødvendig for celledifferentiering.
Søge