Строение нуклеосомы

• Общая формула: ([H2A–H2B][{H3-H4}2] [H2A–H2B])
• Вокруг нуклеосомы обернуто 147 п.н. (1.7 оборота ДНК)
• Каждый из коровых гистонов состоит из трех α-спиралей, соединенных двумя петлями, которые позволяют взаимодействовать гистонам по типу «рукопожатие» (handshake motif).
• N-концы гистонов подвергаются посттрансляционным модификациям (ПТМ), что влияет на состояние хроматина (конденсированное/декондесированное).
• Между нуклеосомами могут возникать интернуклеосомные взаимодействия (дисульфидные связи между N-концом H4 и второй α-спиралью H2A), что стабилизирует высшие структуры нуклеосомной укладки.
• Гистоны H2B и H2A наиболее вариабельны, H4 and H3 – наиболее консервативны.

Рис.1. Строение нуклеосомы.

А. Строение нуклеосомы и модификации гистонов. (Protein Data Bank accession code 1KX5). Цвета гистонов: голубой – H3, светло-зеленый – H4, оранжевый – H2A, желтый – H2B. Модификации гистонов показаны в виде шариков. Два димера H2A-H2B взаимодействуют с тетрамером H3–H4 через два взаимодействия H2B–H4. В.Домены гистонов H3 и H4 взаимодействуют по типу «рукопожатие»

Коровые гистоны контактируют с фосфодиэфирным остовом ДНК. ДНК обернута вокруг октамера с помощью трех-шести водородных связей между аминокислотными остатками гистонов и фосфодиэфирным остовом ДНК. Хвосты коровых гистонов экспонированы снаружи от ДНК и могут быть вовлечены в межнуклеосомные взаимодействия. Хвосты гистонов положительно заряжены (голубые участки), а центр октамера гистонов заряжен отрицательно. Эта разница в зарядах играет важную роль в межнуклеосомных взаимодействиях через гистоновые хвосты и вносит вклад в структурную пластичность нуклеосомной частицы.

Рис.2. Карта электростатических зарядов на поверхности и внутри нуклеосомной частицы (Protein Data Bank accession code 1KX5).

Электростатический потенциал варьирует от +20 (голубой) до −20 (красный) kTe−1. A. Вид нуклеосомы сбоку. Голубым отмечены положительные заряды. B. Вид нуклесомы сверху. Красным отмечены негативные заряды.

Взаимодействия гистонов в нуклеосоме

Таблица 1 (Protein Data Bank identifier 1KX5). Режимы связывания между коровыми гистонами. Режимы связывания были созданы на основе расположения аминокислотных цепей, доменов, участвующих в связывании, и числа остатков, контактирующих между собой.

Рис.3. Регионы аминокислотных последовательностей коровых гистонов, участвующих в связывании.

Каждый гистон представлен в виде черной линии. Участки, ответственные за связывание, показаны в виде цветных боксов, рисунок которых зависит от характера связывания.

Рис.4. Различные типы связывания гистонов в нуклеосоме

гистон H3 (голубой), H4 (светло-зеленый), H2A (оранжевый) и H2B (желтый) A Режим связывания 3 (взаимодействия между H3 и H2A). B Режим связывания 4 (взаимодействия между H4 и H2A). C Режим связывания 5 (взаимодействия между H3 и H3). D Режим связывания 6 (взаимодействия между H4 и H2B). E Режим связывания 7 (взаимодействия между H4 и H2B). F Режим связывания 8 (взаимодействия между H2A и H2A).

Рис.5. Консервативные регионы гистонов H4 и H2A, которые участвуют в межнуклеосомных взаимодействиях.

Множественные выравнивания гистонов H4 и H2A. Последовательности были взяты из Histone Database. Элементы вторичной структуры показаны как линии (петли) и боксы (спирали). А. Выравнивание гистона Н4. Лизины 16 и 20 могут подвергаться ПТМ. Б. Выравнивание гистона H2A.

Вариантные формы гистонов

Многие эукариотические организмы имеют несколько копий генов гистонов. Большинство генов гистонов представлено в виде кластера генов и экспрессируются в S-фазе клеточного цикла. Эти гистоны используются для сборки нуклеосомы и упаковки новосинтезированной ДНК. Однако некоторые вариантные формы гистонов могут экспрессироваться на всем протяжении клеточного цикла, и их экспрессия не ограничена S-фазой.