5.9: 염색질 포장

각 인간의 체세포에는 60억 개의 염기쌍의 DNA가 들어 있습니다. 각 염기쌍의 길이는 0.34 nm입니다. 이는 각 이배체 세포에 무려 2미터의 DNA가 포함되어 있음을 의미합니다. 직경이 10~20미크론에 불과한 핵 안에 이렇게 긴 DNA 가닥이 어떻게 채워져 있습니까?

염색질

DNA 이중 나선은 히스톤이라는 특수 DNA 결합 단백질과 결합하여 염색질이라는 단백질 복합체인 소형 DNA를 형성합니다. 염색질 자체는 고차 구조로 더욱 압축됩니다. 가장 높은 수준의 압축은 염색질이 응축되어 염색체의 염색체를 형성하는 세포 주기의 중기 동안 달성됩니다.

뉴클레오솜

뉴클레오솜은 염색질의 기본 기능 및 반복 단위입니다. 뉴클레오솜은 147개의 염기쌍의 DNA가 감겨 있는 8개의 히스톤 단백질로 구성됩니다. 전자현미경 하에서 염색질은 길이를 따라 뉴클레오솜이 존재하기 때문에 끈 위의 구슬과 유사한 구조로 나타납니다. 이 포장은 섬유 길이를 7배 단축시킵니다.

솔레노이드 모델

뉴클레오솜은 직경이 약 30 nm이기 때문에 소위 30 nm 섬유로 더 감겨 있습니다. 이러한 압축은 널리 받아들여지는 가설, 즉 솔레노이드 모델에 의해 설명됩니다. 솔레노이드는 중심축에 감겨진 와이어의 구조를 말합니다. 이 모델은 뉴클레오솜이 회전당 6개 이상의 뉴클레오솜을 갖는 왼손 나선형 형태로 배열되어 있음을 제안합니다. 비핵심 히스톤 단백질 중 하나인 H1은 뉴클레오솜 압축에 필수적인 역할을 합니다. 이것이 없으면 염색질 섬유는 불규칙한 뉴클레오솜 덩어리로 변합니다.

크로마틴 포장은 활발한 연구 분야입니다. 새로운 자료를 통해 과학자들은 염색질과 뉴클레오솜을 고도로 정의된 구조가 아니라 모든 염색질 포장 단계에서 다양한 상호 전환 가능한 형태의 연속체로 볼 수 있었습니다.

모든 인간 이배체 세포에는 직경이 몇 미크론에 불과한 작은 핵 내부에 압축된 약 2미터의 DNA가 포함되어 있습니다. 따라서 핵 내부의 DNA의 배열과 코일링은 고도로 조직화되고 엄격하게 조절됩니다.

첫째, 염색체 DNA는 히스톤 단백질과 연결되어 염색질(chromatin)이라는 구조를 형성합니다. 염색질의 기본 구조 및 기능 단위를 뉴클레오솜이라고 합니다. DNA가 뉴클레오솜으로 결합하면 DNA 길이가 7배 짧아집니다.

다음으로, H1이라고 하는 비코어 히스톤 단백질이 각 뉴클레오솜에 결합합니다. H1 히스톤은 뉴클레오솜을 빠져나갈 때 DNA 경로를 변경하여 복합체를 더욱 압축하는 데 도움이 됩니다.

그런 다음 이러한 뉴클레오솜은 서로의 위에 쌓여 30nm 섬유로 알려진 직경 30nm의 더 짧고 두꺼운 섬유를 생성합니다.

30nm 광섬유로의 뉴클레오솜 배열은 널리 받아들여지는 솔레노이드 모델에 의해 설명됩니다. 이 모델은 뉴클레오솜이 턴당 6개 이상의 뉴클레오솜을 가진 왼손잡이 나선형 형태로 배열되어 있다고 제안합니다. 이것은 DNA 길이를 50배 더 짧게 합니다.

활발하게 전사되거나 복제되지 않는 모든 염색질 영역은 30nm 광섬유 형태로 존재합니다. 반면에, 활발하게 접근되고 있는 염색질 영역은 확장된 beads-on-a-string 형태로 존재합니다.

30nm 광섬유는 약 300nm 길이의 루프를 형성하기 위해 더 감겨 있습니다. 그런 다음 이러한 섬유는 250nm 너비의 코일로 압축됩니다.

나중에 세포주기의 중기 동안 염색질 섬유는 염색체라고 하는 고도로 응축된 구조를 형성합니다.

DNA가 염색체로 들어가는 전체 압축 비율은 약 1:10000입니다. 세포가 분열하면 염색체가 다시 풀립니다.