Back to chapter

5.7:

La particella centrale nucleosomiale

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 Core Particle

Languages

Share

La particella nucleo nucleosomica è costituita da un ottamero contenente quattro tipi di istoni, circondato da un’elica sinistra di DNA. Le particelle di nucleo nucleosomiche giocano un ruolo importante nella funzione del DNA controllando la compattazione del DNA e la struttura della cromatina. Questo ruolo è così essenziale che gli istoni sono alcune tra le proteine più altamente conservate negli eucarioti:dai piselli, alle vacche e ad altri organismi.Per esempio, ci sono soltanto due amminoacidi differenti su 102 fra gli istoni H4 di una pianta di pisello e di una vacca. I quattro tipi di istoni che compongono la particella 00:00:41.580 49.150:00:00 nucleo nucleosomica, H2A, H2B, H3 e H4, condividono alcune caratteristiche:in primo luogo, sono tutti piccoli, contenendo soltanto fino a 135 amminoacidi;in secondo luogo, condividono un motivo strutturale comune, il ripiegamento dell’istone L’histone fold è costituito da tre eliche alfa collegate da due anelli. Quando le particelle di nucleo nucleosomiche sono assemblate, le pieghe dell’istone si legano tra loro per prime in un’interazione descritta come handshake, formando due dimeri H2A, H2B e due dimeri H3, H4.In seguito, i dimeri H3, H4 formano un tetramero, che procede formando l’ottamero della particella di nucleo 00:01:28.190 32.120:01:00 nucleosomica con i dimeri H2A, H2B.La struttura di questo ottamero istonico genera numerose interazioni tra gli istoni e il DNA si avvolge intorno a loro. Esistono più di 100 legami idrogeno tra gli istoni e il DNA del nucleo nucleosomico;molti legami avvengono tra le catene aminoacidiche degli istoni e il fosfato di zucchero del DNA. Infine, molti degli amminoacidi in ogni nucleo istonico sono la lisina o arginina, che hanno cariche positive e che neutralizzano efficacemente lo scheletro di DNA carico negativamente.

5.7:

La particella centrale nucleosomiale

Nucleosomes are the DNA-histone complex, where the DNA strand is wound around the histone core. The histone core is an octamer containing two copies of H2A, H2B, H3, and H4 histone proteins.

The paradox

Nucleosomes, paradoxically, perform two opposite functions simultaneously. On the one hand, their main responsibility is to protect the delicate DNA strands from physical damage and help achieve a higher compaction ratio. While on the other hand, they must allow polymerase enzymes to access DNA bound to the histones for replication and transcription. The mechanism by which nucleosomes solve these two problems is via partial unfolding of the DNA from the nucleosomes or histone protein modifications.

Core structure

The histone core proteins share a common structurally conserved motif called the “histone fold” and have a mobile extended tail region. The histone fold is made up of alpha-helices and loops. During the histone dimerization, loops of two histone proteins align together, forming a histone dimer.

Each histone binds to the three consecutive minor grooves of DNA. The alpha-helix and the N-terminal tail of each histone protein play a crucial role in binding to the DNA. Hence, any chemical modifications to the histone tail can modify the chromatin assembly and function. Some of the most common histone modifications include acetylation, methylation, and phosphorylation.

Histone variants

Histone proteins have various isoforms or variants like H2A.1, H2A.2, H2A.X, H3.3, or CENP-A. These variants differ in their amino acid sequences and perform distinct functions. The nucleosomes with histone variants are significantly more mobile than ordinary nucleosomes. For example, incorporation of H2A.Z into the nucleosome is shown to activate the transcription.

Suggested Reading

  1. Ramaswamy, Amutha, Ivet Bahar, and Ilya Ioshikhes. "Structural dynamics of nucleosome core particles: comparison with nucleosomes containing histone variants." PROTEINS: Structure, Function, and Bioinformatics 58, no. 3 (2005): 683-696.
  2. David Goodsell. "Nucleosome," PDB-101, Published July 2000, Accessed September 18, 2020. 0.2210/rcsb_pdb/mom_2000_7.
  3. Bowman, Gregory D. "Mechanisms of ATP-dependent nucleosome sliding." Current opinion in structural biology 20, no. 1 (2010): 73-81.