DNAのパッケージングは、細胞内の制御されたDNAの圧縮を定義する用語です。どの細胞にも（そして実際、ウイルスにさえも）、DNAがなく、緩んでいて、真の溶液になっています。
DNAは非常に長い分子であり、常に多種多様なタンパク質と相互作用しています。それが運ぶ遺伝子の発現のプロセッシング、継承および制御のために、DNAは特定の空間組織を採用しています。これは、さまざまなレベルのコンパクションでDNAパッケージングの各ステップを厳密に制御することにより、細胞によって達成されます。
クロマチン：リラックス（左）から凝縮（右）。commons.wikimedia.orgから取得
ウイルスは、その核酸に対して異なるパッケージング戦略を持っています。お気に入りの1つは、コンパクトスパイラルの形成です。ウイルスは、まさにタンパク質にパッケージされた核酸であり、それらを覆い、保護し、動員します。
原核生物では、DNAは、核様体と呼ばれる構造における複雑なループの形成を決定するタンパク質と関連しています。一方、真核細胞におけるDNA圧縮の最大レベルは、有糸分裂または減数分裂の染色体です。
B-DNAがパッケージされていない唯一の例は、その目的を追求する研究所です。
DNAの構造
DNAは、二重らせんを形成する2つの逆平行バンドで構成されています。それらのそれぞれは、窒素含有塩基に結合した糖が結合しているホスホジエステル結合骨格を持っています。
分子内では、1つのバンドの窒素含有塩基が相補的なバンドと水素結合（2つまたは3つ）を形成します。
このような分子では、重要な結合角のほとんどが自由回転を示します。窒素塩基-糖、糖-リン酸基、およびホスホジエステル結合は柔軟です。
これにより、DNAは柔軟なロッドと見なされ、曲げたりねじったりする能力を示すことができます。この柔軟性により、DNAは複雑な局所構造を採用し、短距離、中距離、長距離で相互作用ループを形成できます。
この柔軟性は、人間の各二倍体細胞で2メートルのDNAがどのように維持されるかを説明します。配偶子（半数体細胞）では、1メートルのDNAになります。
細菌の核様体
絶対的なルールではありませんが、細菌の染色体は単一のスーパーコイル状のダブルバンドDNA分子として存在します。
二重らせんはそれ自体にさらにねじれ（1回転あたり10 bp以上）、それによってある程度の圧縮が生じます。酵素的に制御される操作のおかげで、ローカルノットも生成されます。
さらに、DNAには、大きなループでドメインを形成できる配列があります。私たちは、過冷却と秩序だったループから生じる構造を核様体と呼びます。
これらは、圧縮された染色体にいくつかの構造的安定性を提供するいくつかのタンパク質のおかげで動的な変化を受けます。細菌と古細菌の圧縮の程度は非常に効率的で、核様体あたり複数の染色体が存在する可能性があります。
核様体は原核生物のDNAを少なくとも約1000倍圧縮します。核様体の非常にトポロジカルな構造は、染色体が持つ遺伝子の調節の基本的な部分です。つまり、構造と機能は同じ単位を構成します。
真核生物の染色体の圧縮レベル
真核生物の核のDNAは裸ではありません。それは多くのタンパク質と相互作用しますが、最も重要なのはヒストンです。ヒストンは、正に帯電した小さなタンパク質で、非特異的な方法でDNAに結合します。
核では、複雑なDNAであるヒストンが観察されます。これは、クロマチンと呼ばれます。一般に発現されない高度に凝縮されたクロマチンは、ヘテロクロマチンです。対照的に、最も圧縮されていない（緩い）、またはユークロマチンは、発現する遺伝子を持つクロマチンです。
クロマチンにはさまざまな圧縮レベルがあります。最も基本的なのはヌクレオソームです。その後に、ソレノイドファイバーと間期クロマチンループが続きます。最大の圧縮レベルが表示されるのは、染色体が分裂したときだけです。
ヌクレオソーム
ヌクレオソームは、クロマチンの組織化の基本単位です。各ヌクレオソームは、一種の太鼓を形成するヒストンのオクタマーで構成されています。
オクタマーは、ヒストンH2A、H2B、H3、およびH4のそれぞれの2つのコピーで構成されています。それらの周りで、DNAは約1.7倍になります。その後に、ヒストンH1に関連付けられた20 bpリンカーと呼ばれる遊離DNAの一部が続き、次に別のヌクレオソームが続きます。ヌクレオソームとそれを別のヌクレオソームに結合するDNAの量は、約166塩基対です。
このDNAパッケージングステップでは、分子を約7倍に圧縮します。つまり、1メートルから14 cmを超えるDNAまでです。
このパッキングは、正のヒストンがDNAの負の電荷と、その結果としての静電的な自己反発をキャンセルするために可能です。もう1つの理由は、DNAがヒストンの8量体を反転できるように曲げられることです。
30nmファイバー
多くの連続したヌクレオソームによって形成されたネックレスのビーズの繊維は、さらに巻かれてよりコンパクトな構造になります。
実際にどのような構造をとるかは定かではありませんが、30nm程度の厚さになることはわかっています。これは、いわゆる30 nmファイバーです。ヒストンH1は、その形成と安定のために不可欠です。
30 nmファイバーは、ヘテロクロマチンの基本的な構造単位です。緩いヌクレオソームのそれ、ユークロマチンのそれ。
ネクタイとターン
ただし、30 nmファイバーは完全に線形ではありません。逆に、あまり知られていないタンパク質マトリックス上に、曲がりくねって長さが約300 nmのループを形成します。
タンパク質マトリックス上のこれらのループは、直径250 nmのよりコンパクトなクロマチン繊維を形成します。最後に、それらは厚さ700 nmの単一のらせんとして整列し、有糸分裂染色体の姉妹染色分体の1つを生じさせます。
最終的に、核クロマチンのDNAは、分裂している細胞の染色体上で約10,000倍に密集します。間期核では、「線形」DNAと比較して約1000倍であるため、その圧縮も高い。
DNAの減数分裂
発生生物学の世界では、配偶子形成はエピゲノムをリセットすると言われています。つまり、配偶子を生み出した人の人生が生み出した、または経験したDNAマークを消去します。
これらのタグには、DNAメチル化とヒストンの共有結合修飾（ヒストンのコード）が含まれます。しかし、エピゲノム全体がリセットされるわけではありません。印が付いたままのものは、父方または母方の遺伝的刷り込みの原因となります。
配偶子形成への暗黙のリセットは、精子で見やすくなります。精子では、DNAはヒストンで満ちていません。したがって、生産生物におけるその改変に関連する情報は、一般的に継承されません。
精子では、プロタミンと呼ばれる非特異的なDNA結合タンパク質との相互作用により、DNAがパッケージされます。これらのタンパク質は互いにジスルフィド結合を形成するため、互いに静電的に反発しない重複DNA層の形成に役立ちます。
参考文献
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