5.6: 뉴클레오솜

The Nucleosome
JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
The Nucleosome

15,936 Views

02:33 min
November 23, 2020

DNA in a human cell is almost 2m long and it is packed inside a tiny nucleus that is only a few microns in diameter. The level of compaction of DNA inside the nucleus is astonishing. It is organized into several sequentially higher levels of compaction to fit into such a tiny space. The most compact form of DNA is a chromosome that can be seen under a microscope in a dividing cell.

DNA is wound twice around a protein complex called histone core, that consist of 8 histone proteins. This complex of DNA and histone protein is called the nucleosome, the fundamental and functional unit of DNA compaction. Nucleosomes can further coil around themselves into higher order compaction.

When the DNA is extracted from cells in low salt conditions and examined under a microscope, it resembles the beads on a string. The string represents the free DNA called "linker DNA," connecting the bead-like nucleosomes. If the DNA is isolated in physiological salt conditions (0.15 M KCl), it assumes a fiber-like form with 30 nm diameter that is bound to H1, a nonhistone protein. The H1 protein tightly binds to both the nucleosome and does not allow the DNA to slip.

Histones are highly conserved proteins

The amino acid sequences of core histone proteins are highly conserved between distantly related species. For example, the amino acid sequence of H3 histone between calf thymus and pea plant has only four amino acid differences.

Nonhistone proteins

Nucleosomes complex is also bound by a small proportion of nonhistone proteins, which help in maintaining the compaction and organizing long chromatin loops. Nonhistone proteins are also involved in the regulation of DNA replication and RNA synthesis.

Transcript

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.