5.6: 뉴클레오솜

인간 세포의 DNA는 길이가 거의 2m에 달하며 직경이 몇 마이크론에 불과한 작은 핵 안에 들어 있습니다. 핵 내부의 DNA 압축 수준은 놀라울 정도로 높습니다. 이렇게 작은 공간에 맞도록 여러 개의 순차적으로 높은 압축 수준으로 구성됩니다. DNA의 가장 컴팩트한 형태는 분열하는 세포에서 현미경으로 볼 수 있는 염색체입니다.

DNA는 8개의 히스톤 단백질로 구성된 히스톤 코어라는 단백질 복합체 주위에 두 번 감겨 있습니다. DNA와 히스톤 단백질의 복합체를 뉴클레오솜이라고 부르는데, 이는 DNA 압축의 기본적이고 기능적인 단위입니다. 뉴클레오솜은 더 높은 차원의 압축으로 스스로를 감쌀 수 있습니다.

저염 상태의 세포에서 DNA를 추출해 현미경으로 관찰해 보면 마치 끈에 달린 구슬과 비슷합니다. 이 끈은 비연결 상태의 DNA를 나타내며 "링커 DNA"라고 불리며 구슬 모양의 뉴클레오솜들을 연결합니다. DNA가 생리학적 염분 조건(0.15M KCl)에서 분리되면 비히스톤 단백질인 H1에 결합되어 있는 직경 30nm의 섬유질 형태를 가정합니다. H1 단백질은 뉴클레오솜 양쪽에 단단히 결합하여 DNA가 미끄러지는 것을 허용하지 않습니다.

히스톤은 고도로 보존된 단백질입니다

핵심 히스톤 단백질의 아미노산 서열은 관련이 먼 종들 간에도 고도로 보존되어 있습니다. 예를 들어, 송아지 흉선과 완두콩 사이의 H3 히스톤의 아미노산 서열에는 아미노산 차이가 4개만 있습니다.

비히스톤 단백질

뉴클레오솜 복합체는 또한 압축을 유지하고 긴 염색질 루프를 구성하는 데 도움이 되는 작은 비율의 비히스톤 단백질에 의해 결합됩니다. 비히스톤 단백질은 또한 DNA 복제 및 RNA 합성 조절에도 관여합니다.

단백질은 염색체의 물리적 구조를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 이들 중 가장 풍부한 단백질은 히스톤(histone)이라고 하는 작고 양전하를 띤 단백질입니다. 이 양전하를 띠면 음전하를 띤 DNA와 밀접하게 결합할 수 있습니다.

세포주기의 특정 단계에서 DNA는 특정 유형의 히스톤 주위에 단단히 감겨 뉴클레오솜이라는 구조를 형성합니다. 뉴클레오솜은 종종 DNA의 '끈'에 있는 '구슬'로 묘사됩니다.

뉴클레오솜은 몇 가지 핵심 원소로 구성됩니다.그 중 첫 번째는 히스톤 단백질의 옥타머로, H2A, H2B, H3 및 H4의 각각 두 개의 분자입니다.

다음으로, 뉴클레오솜은 또한 145-147bp 길이의 DNA가 단백질 옥타머를 거의 두 번 감싸고 있습니다.

히스톤 옥타머와 그 주위를 둘러싼 DNA는 함께 뉴클레오솜 코어 입자로 알려져 있습니다.

뉴클레오솜 코어 입자의 각 히스톤은 11-27개의 아미노산으로 구성된 작고 양전하를 띤 꼬리를 가지고 있습니다.

꼬리는 뉴클레오솜 코어 입자에서 뻗어 나와 음전하를 띤 DNA와 히스톤을 연결하는 데 도움이 됩니다. 또한, 히스톤 꼬리는 인접한 핵심 입자의 꼬리와 상호 작용할 수 있으며, 이는 DNA 패키징을 용이하게합니다.

히스톤의 다섯 번째 유형인 H1은 뉴클레오솜 구조에서 중요한 역할을 하지만, 뉴클레오솜 코어 입자의 일부는 아닙니다. H1은 DNA에 결합하여 결합한 다음 팔타머를 떠나 클램프 역할을 하고 DNA를 제자리에 유지합니다.

마지막으로, 뉴클레오솜은 뉴클레오솜 코어 입자에 인접한 링커 DNA의 스트레치(stretch)를 포함합니다. 각 코어 입자를 분리하는 링커 DNA는 세포 유형에 따라 길이가 약 30개에서 40개까지 다양할 수 있습니다.

뉴클레오솜과 뉴클레오솜 코어 입자라는 용어는 종종 같은 의미로 사용되지만, 뉴클레오솜은 실제로 뉴클레오솜 코어 입자와 인접한 링커 DNA를 나타냅니다.

전체적으로 뉴클레오솜은 긴 DNA 분자를 원래 길이의 약 1/3인 염색질 실로 환원시킬 수 있습니다.