Nukleosomen

Nukleosomen sind die Grundeinheit des eukaryotischen Chromatins. Sie bestehen aus einem Histon-Octamer, der zwei Kopien der Histone H2A, H2B, H3 und H4 umfasst, um den herum etwa 146 bis 147 Basenpaare DNA gewickelt sind. Zwischen benachbarten Nukleosomen liegt linker DNA. Das Histon H1 dient als linker Histon und unterstützt die weitere Verpackung des Nukleosoms.

Aufbau und Struktur umfassen außerdem die Maserung der Verbindung zwischen Nukleosomen. Die DNA-Windung um den Histon-Octamer ergibt eine Kernpartikel von etwa 11 Nanometern Durchmesser, der etwa 1,65 Umdrehungen der DNA umfasst. Mehrere Nukleosomen bilden die Beads-on-a-String-Faser, während H1 zu einer höheren Ordnung der Chromatinfaser beitragen kann; in vivo wird eine 30-Nanometer-Faser diskutiert, deren Existenz jedoch in der Zelle differierend beurteilt wird.

Funktionell dienen Nukleosomen der Verpackung von DNA, aber auch der Regulation der Genexpression. Die Dichte und Positionierung von Nukleosomen beeinflusst den Zugang von Transkriptionsfaktoren und Polymerasen zum DNA-Template. Modifikationen an Histontails, wie Acetylierung, Methylierung und Phosphorylierung, verändern Chromatinstruktur und Epigenetik und steuern Transkriptionsaktivität. Histonvarianten wie H3.3 oder CENP-A spezialisieren Nukleosomen für bestimmte genome Bereiche (z. B. Zentromeren).

Dynamik und Replikation führen zu ständiger Neubewertung von Nukleosomen. Vor Transkriptions- oder Replikationsprozessen werden Nukleosomen teilweise abgebaut und wieder aufgebaut. Histon-Chaperone (z. B. CAF-1, Nap1) und Chromatin-Remodellier-Enzyme (SWI/SNF, ISWI, CHD) unterstützen Ab- und Wiederaufbau sowie Positionsänderungen der Nukleosomen. Nukleosomen sind damit eine zentrale Komponente der Genregulation und Epigenetik, da sie Struktur, Zugänglichkeit und informationshaltige Modifikationen der DNA vermitteln.