Nukleosom
Nukleosomen sind die Bausteine, aus denen sich die Chromosomen zusammensetzen. Sie bestehen aus einem DNA-Segment, das um einen Histonproteinkern gewickelt ist.
Zunächst bilden die DNA und ein Protein das Chromatin. Dann wird das Chromatin in Nukleosomen verpackt. Die Nukleosomen werden dann zu einem Chromosom verpackt. Die Pakete bewirken drei Dinge: Die Chromosomen funktionieren bei der Zellteilung; die sehr lange DNA wird in ein kürzeres Paket verpackt; und die Proteine regulieren die Genaktivität in den Zellen.
Struktur eines Nukleosoms
Einzelheiten
Nukleosomen bilden die sich wiederholenden Grundeinheiten des eukaryotischen Chromatins. Dadurch werden die großen eukaryotischen Genome in den Kern gepackt und können kontrolliert werden.
In Säugetierzellen müssen etwa zwei Meter lineare DNA in einen Kern von etwa 10 µm Durchmesser gepackt werden. Nukleosomen werden in einer Reihe von Strukturen höherer Ordnung gefaltet, um ein Chromosom zu bilden. Diese Faltung verdichtet die DNA und fügt eine Schicht regulatorischer Kontrolle hinzu. Die Kontrolle stellt die korrekte Genexpression sicher.
Man geht davon aus, dass Nukleosomen epigenetisch vererbte Informationen als Modifikationen ihrer Kernhistone tragen. Diese Information kann an Tochterzellen weitergegeben werden, wird aber normalerweise durch Meiose in Keimzellen ausgelöscht.
Die 1974 von Don und Ada Olins und Roger Kornberg vorgeschlagene Nukleosomhypothese war ein großer Schritt zum Verständnis der eukaryotischen Genexpression. Kornberg erhielt für diese und andere Entdeckungen den Nobelpreis für Chemie (2006).
Nukleosom-Dynamik
Obwohl das Nukleosom ein sehr stabiler Protein-DNA-Komplex ist, ist es nicht statisch. Es erfährt einige strukturelle Umordnungen, wie das Gleiten des Nukleosoms und die Freilegung der DNA-Stelle. Nukleosomen können die Transkription hemmen oder erleichtern.
Da sie Mitte der 1960er Jahre entdeckt wurden, wurde angenommen, dass Histonveränderungen die Transkription beeinflussen.
Es hat sich gezeigt, dass einige Modifikationen mit Gen-Silencing korreliert sind, andere scheinen mit der Genaktivierung zu korrelieren. Die auf diese Weise gespeicherte Information gilt als epigenetisch: Sie ist nicht in der DNA kodiert, wird aber dennoch an Tochterzellen vererbt. Die Aufrechterhaltung eines bestimmten Zustands eines Gens ist oft für die zelluläre Differenzierung notwendig.
