Hoe zijn histonen gerelateerd aan nucleosomen

Een diploïde humaan genoom bestaat uit ongeveer 6 miljard basenparen van strak verpakt in 23 chromosomen in de kern. Histonen zijn de eiwitten die betrokken zijn bij de compacte verpakking van DNA in een microscopische ruimte. Chromatine is het resulterende DNA-eiwitcomplex. De basis-herhalende eenheid van chromatine is het nucleosoom. Het nucleosoom bestaat uit een stuk DNA dat rond een kern van histon is gewikkeld. Histonen zijn positief geladen eiwitten en DNA is negatief geladen. De histonkern wordt gevormd door een eiwitoctameer, waarbij twee van elke vier histonen, H2A, H2B, H3 en H4 worden gecombineerd. Elk chromosoom bestaat uit duizenden nucleosomen die onderling verbonden zijn door DNA-streken. De structuur van nucleosomen geeft een parel-op-string-uiterlijk aan chromatine.

Key Areas Covered

1. Wat zijn Histones
- Definitie, typen, rol
2. Hoe zijn histonen gerelateerd aan nucleosomen
- Vorming van nucleosomen

Sleutelbegrippen: chromatine, chromatosoom, DNA, histon-core, Linker-DNA, nucleosoom

Wat zijn Histones

Histonen zijn basistypen van eiwitten die worden aangetroffen in chromatine. Het zijn kleine, positief geladen eiwitten. H1, H2A, H2B, H3 en H4 zijn soorten histonen. In de kern zijn ze geassocieerd met DNA, waardoor het wordt gecondenseerd in chromatine. Alle soorten histonen zijn betrokken bij de vorming van histonkern waaromheen het DNA zich wikkelt. De vorming van een histon-octameer wordt getoond in Figuur 1.

Figuur 1: Histon kernvorming

Histonen spelen een belangrijke rol bij de regulatie van genen door de vorming van twee soorten chromatine, bekend als euchromatine en heterochromatine. Euchromatine bevat los verpakt DNA; daarom vertoont het hoge expressiesnelheden. Heterochromatine bevat echter strak verpakt DNA. Daarom worden de genen in het heterochromatine zelden tot expressie gebracht.

DNA zijn negatief geladen moleculen vanwege de aanwezigheid van een fosfaatgroep in de suikerfosfaat-hoofdketen. Vandaar dat positief geladen histonen op een zeer strakke wijze met DNA kunnen binden. De sterk gecondenseerde structuur van DNA wordt gevormd door het omhullen van DNA rond histon-eiwitkernen. Het ingepakte DNA rond een histonkern wordt getoond in Figuur 2.

Figuur 2: Nucleosoom

nucleosoom dient als de structurele basis en herhaalde eenheid van chromatine, het genereren van de kralen op een string uiterlijk. Het bestaat uit een histonkern en een stuk DNA eromheen gewikkeld. Een histone-octameer of de histonkern wordt gevormd door twee van de vier soorten histonen, H2A, H2B, H3 en H4 te combineren. Een DNA-stuk van 146 basen per paar wordt om de histon gewikkeld om een nucleosoom te vormen. Deze DNA-rek wikkelt ongeveer 1,7 omwentelingen op het histone octameer. Vervolgens bindt een ander type histon bekend als Hl aan de histonkern, waardoor nog 20 basenparen DNA mogelijk zijn. Dit resulteert in het omwikkelen van een DNA-rek in twee volledige rondes rond de histonkern. Deze structuur staat bekend als a chromatosome. Daarom wordt een DNA-strekking van 166 basenparen om een chromatosoom gewikkeld. De structuur van het chromatosoom is weergegeven in figuur 3.

Figuur 3: Chromatosoom

Elk chromosoom bestaat uit duizenden nucleosomen die worden samengevoegd door DNA-streken die bekend zijn als linker-DNA. Linker-DNA bestaat uit 20 basenparen. Dit vormt lange ketens van nucleosomen die de korrels op een steekstructuur onder de microscoop geven.

De verpakking van DNA in nucleosomen verkort de lengte van de DNA-streng in zevenvoud. De diameter van de gevormde chromatine vezel is 20 nm. Chromatine wordt echter verder opgerold tot een vezel van 30 nm, waardoor een hogere orde structuur wordt gevormd.

Conclusie

Chromatine is de gecondenseerde structuur van DNA dat bestaat uit een reeks nucleosomen die met elkaar zijn verbonden. Nucleosomen zijn de structurele eenheid van chromatine. Het bestaat uit een stuk DNA dat rond een histonkern is gewikkeld. De histonkern bestaat uit acht histoneiwitten. Daarom zijn histonen de kernstructuur van nucleosomen.

Referentie:

1. "DNA-verpakking: nucleosomen en chromatine." Nature News, Nature Publishing Group, hier beschikbaar.

Afbeelding met dank aan:

1. "Nucleosome structure" door Richard Wheeler (Zephyris) - Engels Wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Nucleosome 1KX5 kleurcode" door Zephyris op de Engelse taal Wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
3. "Nucleosome organization" door Darekk2 - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

Bijwerken

Wetenschap