ヌクレオソームは、真核生物におけるDNAの基本的なパッケージングユニットです。したがって、これはクロマチンの最小圧縮要素です。
ヌクレオソームは、ヒストンと呼ばれるタンパク質の8量体、または約140 ntのDNAが巻かれたドラム型の構造として構築され、ほぼ2回転します。
ヌクレオソームの構造
さらに、追加の40〜80 ntのDNAはヌクレオソームの一部と見なされ、より複雑なクロマチン構造（30 nmクロマチン繊維など）で1つのヌクレオソームと別のヌクレオソーム間の物理的な連続性を可能にするのはDNAの一部です。
ヒストンコードは、分子的に最もよく理解されているエピジェネティック制御要素の1つでした。
特徴
ヌクレオソームは以下を可能にします：
- 核の限られたスペースに収まるようにDNAをパッケージングします。
- それらは、発現されるクロマチン（ユークロマチン）とサイレントクロマチン（ヘテロクロマチン）の間の分配を決定します。
- それらはすべてのクロマチンを核内で空間的および機能的に組織化します。
- それらは、いわゆるヒストンコードを介してタンパク質をコードする遺伝子の発現および発現レベルを決定する共有結合修飾の基質を表します。
構成と構造
最も基本的な意味では、ヌクレオソームはDNAとタンパク質で構成されています。DNAは、真核細胞の核に存在する事実上すべてのダブルバンドDNAである可能性がありますが、ヌクレオソームタンパク質はすべて、ヒストンと呼ばれる一連のタンパク質に属しています。
ヒストンは、塩基性アミノ酸残基を多く含む小さなタンパク質です。これにより、DNAの高い負電荷を打ち消し、共有化学結合の剛性に達することなく、2つの分子間の効率的な物理的相互作用を確立できます。
ヒストンは、ヒストンH2A、H2B、H3、およびH4のそれぞれの2つのコピーまたはモノマーでドラムのようなオクタマーを形成します。DNAは、オクタマーの側面でほぼ2回の完全なターンを行い、次にヒストンH1に関連するリンカーDNAの一部を続行して、別のヒストンオクタマーで2回の完全なターンを返します。
オクタマーセット、関連するDNA、およびそれに対応するリンカーDNAは、ヌクレオソームです。
クロマチン圧縮
ゲノムDNAは非常に長い分子（人間の場合、すべての染色体を考慮すると1メートルを超える）で構成されており、非常に小さな核内で圧縮および組織化する必要があります。
この圧縮の最初のステップは、ヌクレオソームの形成を通じて実行されます。このステップだけで、DNAは約75倍に圧縮されます。
これにより、その後のレベルのクロマチン圧縮が構築される線形ファイバーが生じます。30nmファイバー、ループ、ループのループです。
有糸分裂または減数分裂のいずれかによって細胞が分裂する場合、最終的な圧縮の程度は、それぞれ有糸分裂または減数分裂の染色体自体です。
ヒストンコードと遺伝子発現
ヒストンオクタマーとDNAが静電的に相互作用するという事実は、クロマチンを圧縮および圧縮解除するためにヌクレオソームの動的要素を作るために必要な流動性を失うことなく、それらの効果的な関連を部分的に説明します。
しかし、さらに驚くべき相互作用要素があります。ヒストンのN末端は、よりコンパクトで不活性なオクタマーの内部の外側に露出しています。
これらの末端は、DNAと物理的に相互作用するだけでなく、クロマチンの圧縮の程度と関連するDNAの発現が依存する一連の共有結合修飾を受けます。
種類と数の点で、共有結合修飾のセットは、ヒストンコードと総称されます。これらの修飾には、ヒストンのN末端にあるアルギニンおよびリジン残基のリン酸化、メチル化、アセチル化、ユビキチン化、SUMO化が含まれます。
同じ分子内または他のヒストン、特にヒストンH3の残基内の他の変化とともに、各変化は、関連するDNAの発現または非発現、ならびにクロマチンの圧縮の程度を決定します。
一般的なルールとして、たとえば、高メチル化ヒストンと低アセチル化ヒストンは、関連するDNAが発現していないこと、およびクロマチンがよりコンパクトな状態（異色性、したがって不活性）で存在することを決定します。
対照的に、ユークロマティックDNA（よりコンパクトで遺伝的にアクティブ）は、ヒストンが高アセチル化および低メチル化されているクロマチンと関連しています。
ユークロマチンvsヘテロクロマチン
ヒストンの共有結合修飾状態が発現の程度と局所的なクロマチン圧縮を決定できることはすでに見てきました。グローバルレベルでは、クロマチンの圧縮はヌクレオソームのヒストンの共有結合修飾によって同様に規制されています。
例えば、構成的ヘテロクロマチン（これは決して発現されず、密に詰まっている）は核ラミナに付着する傾向があり、核の孔が空いたままであることが示されています。
その一部として、構成的ユークロマチン（細胞維持遺伝子を含むものなど、常に発現し、緩いクロマチンの領域に位置する）は、転写されるDNAを転写機構にさらす大きなループでそうします。
ゲノムDNAの他の領域は、生物の成長時間、成長条件、細胞のアイデンティティなどに応じて、これら2つの状態の間で振動します。
その他の機能
真核生物のゲノムは、細胞の発生、発現、維持に関する計画を実現するために、その遺伝的可能性がいつ、どのように現れるかを細かく制御する必要があります。
その後、それらの遺伝子に格納された情報から、これらは転写状態を決定する特定の領域の核に配置されます。
したがって、ヌクレオソームの基本的な役割のもう1つは、それを定義するのに役立つクロマチンの変化を通じて、それらを収容する核の構成またはアーキテクチャーであると言えます。
このアーキテクチャは継承され、情報パッケージングのこれらのモジュール要素の存在により、系統発生的に保存されます。
参考文献
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