Пит.24. Нуклеосомна організація хромосом.

Структура нуклеосомної ДНК зумовлена її взаємодією із глобулярною частиною октамеру гістонів. N-кінцеві хвости гістонів Н3 та Н2В виходять за межі нуклеосоми через канали, сформовані маленькими жолобками двох дуплексів сусідніх витків нуклеосомної суперспіралі. Ділянки хвостів, безпосередньо розташованих у каналах, є позитивно зарядженими і, таким чином, додатково скріплюють сусідні витки суперспіралі. N-кінцеві хвости гістонів Н4 і Н2А також взаємодіють з маленьким жолобком зовні нуклеосомної суперспіралі.

Особливе місце входу / виходу нуклеосомної ДНК займає найдовший N-кінцевий хвіст гістону Н3. Позитивно заряджений хвіст Н3 стабілізує структуру нуклеосоми в цій зоні, де спостерігається найвища щільність негативних зарядів ДНК. Значна частина гістонових хвостів просто виходить за межі нуклеосоми. Завдяки своїй структурній лабільності вони беруть участь в організації хроматину на наднуклеосомному рівні, а також відіграють важливу роль платформи для зв'язування різноманітних білків, що залежить від посттрансляційних модифікацій хвостів Аналіз структури нуклеосоми та молекулярних механізмів її стабілізації дозволяє сформулювати такі положення:

• Електростатичні взаємодії між ДНК і гістонами за фізіологічних умов є дуже міцними остаточне руйнування нуклеосоми in vitro відбувається при концентрації солі 2 моль/л. Тобто за фізіологічних умов зв'язування гістонів з ДНК є необоротним(неможлива рівновага між зв'язаними та дисоційованими гістонами). Хоча структура нуклеосоми відповідає мінімуму вільної енергії, цього мінімуму неможливо досягти за розумний проміжок часу: гістони швидко й безладно зв'язуються з ДНК без подальшої дисоціації. Для реалізації рівноважних умов ДНК-гістонової взаємодії in vivo у хроматині існують проміжні акцептори гістонів, що виконують роль факторів збирання / руйнування нуклеосом. Ці акцептори мають спорідненість до гістонів дещо меншу, ніж спорідненість гістонів до ДНК, що й забезпечує можливість рівноважного обміну гістонами між ДНК і проміжними акцепторами із зсувом цієї рівноваги в бік ДНК-гістонових комплексів.

• Незважаючи на міцність ДНК-гістонових взаємодій, тимчасове порушення їх на кінцях нуклеосомної ДНК є можливим за фізіологічних умов: з одного боку, взаємодії на кінцевих ділянках є більш слабкими, ніж у центральній частині нуклеосомної ДНК; з іншого ñ висока густина негативного заряду (контакт між сусідніми витками нуклеосомної суперспіралі) дестабілізує нуклеосому ДНК на виході з нуклеосоми. Це приводить до тимчасового часткового розкручування нуклеосомної ДНК на кінцях, що є одним із головних шляхів структурної динаміки нуклеусом

• Наявність проміжних акцепторів гістонів робить можливим обмін димерами Н2А-Н2В між різними нуклеосомами: тимчасове видалення димерів є іншим важливим шляхом структурної динаміки хроматину.

• Незважаючи на те, що ДНК-гістонові взаємодії в нуклеосомі є неспецифічними щодо послідовності пар основ ДНК, у хроматині спостерігається феномен переважного позиціювання нуклеосом відносно послідовності. Основною причиною позиціювання нуклеосом є залежність від послідовності здатності ДНК до деформацій, які супроводжують формування нуклеосоми. У результаті нуклеосома ì обираєî таку ділянку, де вигин ДНК потребує менших енергетичних витрат. Це приводить до важливих функціональних наслідків ñ диференційного експонування ділянок ДНК до дії регуляторних факторів.

• При функціонуванні хроматину виникає необхідність у змінах згаданого вище експонування / екранування певних ділянок ДНК репозиціюванні нуклеосом. Міцність ДНК-гістонових взаємодій не дозволяє спонтанного зсуву нуклеосом уздовж ДНК, що зумовлює потребу в особливих АТР-залежних молекулярних пристроях, які здійснюють таке репозиціювання, факторах ремоделювання хроматину, що також можуть виступати факторами збирання / руйнування нуклеосом.