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Nukleosom übergeordnetChromosomUntergeordnetDNAHistoneGene OntologyQuickGO en bilden einen Komplex aus DNA und Histonen

Nukleosom

Übergeordnet
Chromosom
Untergeordnet
DNA
Histone
Gene Ontology
QuickGO

Nukleosomen bilden einen Komplex aus DNA und Histonen. Dies ist die erste Verpackungsstufe der DNA im Zellkern eukaryotischer Zellen; Vorstufen finden sich auch bei Archaeen. Die Abfolge der Nukleosomenpakete, welche die DNA im Chromatin als 30 nm dicke Faser zusammenhalten, wird Solenoidstruktur genannt.

Struktur eines Nukleosoms mit Histonen der Fruchtfliege: Die DNA (grau mit farbigen Nukleobasen) ist um den Kern aus acht Histon-Untereinheiten (bordeauxrot) gewickelt

Aufbau und Struktur Bearbeiten

Als Nukleosom bezeichnet man die Einheit von DNA und einem Histonoktamer. Das Oktamer besteht aus je zwei Exemplaren der Proteine H2A, H2B, H3 und H4. Um so einen Proteinkomplex sind 146 oder 147 Basenpaare der DNA als linksgängige Superhelix gewunden. Durch die Windung der DNA um den Histon-Komplex verkürzt sich die Länge der DNA auf ein siebtel von 68 nm auf rund 10 nm.

Durch Verdau des Chromatins mit MNase (Endonuklease, die freie DNA verdaut) erhält man Histonoktamere, um die ein ca. 147 Basenpaare langes DNA Stück gewunden ist sowie andere DNA bindende Proteine und deren gebundene DNA-Fragmente. Diese Einheit wird als Nukleosomen Core Partikel (NCP) oder Nukleosomen-Grundpartikel bezeichnet.

Im Chromatin sind die einzelnen Nukleosomen Core Partikel durch unterschiedlich lange DNA Linker miteinander verbunden. Zusammen mit dem Linker Histon H1 bezeichnet man das Nukleosomen Core Partikel inklusive Linker DNA als Chromatosom. Der Linker Histon H1 erwirkt eine Kondensation der einzelnen Nukleosome und resultiert in einer kompakteren Organisation des Chromatins, welche zumindest in vivo als 30-nm Faser identifiziert werden konnte.

Die Struktur der Nukleosome wurde in den 1980ern in Pionierarbeit von Aaron Klugs Arbeitsgruppe aufgeklärt. Mittels Röntgenstrukturanalyse konnte gezeigt werden, dass im Core Partikel ein Tetramer von (H3)2(H4)2, sowie zwei Dimere der Histone H2A-H2B vorliegen.

Entdeckung Bearbeiten

Von Ada und Donald Olins in elektronenmikroskopischen Darstellungen gequollener Zellkerne entdeckt und 1973 erstmals auf dem "Third Annual Meeting of the American Society for Cell Biology" als "ν-body" (‚neues Partikel‘) vorgestellt, wurde die helikale Form (Solenoidstruktur) nahezu umgehend als elementare Verpackungseinheit der DNA im Chromatin akzeptiert.

1974 gelangen mehreren Teams, darunter jenem von Roger Kornberg, Analysen, die den Aufbau dieser Partikel aus einem aus acht Histonen aufgebauten Komplex, einem verbindenden Linker-Histon und etwa 160–200 Basenpaaren an DNA zeigten. 1975 wurde diese Einheit als Nukleosom eingeführt. 1974 gilt heute als Geburtsjahr der molekularen Epigenetik.

Neben Wechselwirkungen, die zur Verdichtung der DNA führen, gehen die Histone Interaktionen untereinander ein. So wird der Nukleosomenkern (das "core particle") aus jeweils zwei Exemplaren der Histone H2a, H2b, H3 und H4 gebildet. Um diesen Proteinkomplex sind in 1,65 Windungen 146 Basenpaare von DNA gewickelt. Der Bereich zwischen zwei Nukleosomen (der variable "linker"-Bereich, der zwischen 160 Basenpaaren in Hefe und 200 Basenpaaren in höheren Organismen umfassen kann; beim Menschen sind es 50–60 Basenpaare) wird durch ein weiteres Histon, H1, besetzt, welches am Aufbau nächsthöherer Strukturen (der sog. 30-nm-Faser, erklärt z. B. im Solenoid-Modell) beteiligt ist. Die Komponenten des Nukleosomenkerns wurden in der Evolution hoch konserviert (nur zwei Aminosäurereste unterscheiden das Histon H3 des Menschen von jenem der Erbse), was die fundamentale Bedeutung dieser Einheit (und ihrer Modifikationen – siehe unten) unterstreicht.

Arbeiten zur Struktur der Nukleosomen wurden durch Aaron Klug (Nobelpreis 1982 für Kristall-Strukturanalysen an Protein/Nucleinsäure-Komplexen) in London am Medical Research Council aufgenommen. Diese Arbeiten führten 1984 bei noch relativ geringer Auflösung zum ersten Strukturvorschlag. Die Arbeiten werden seitdem systematisch durch Timothy Richmond, der bereits in der Gruppe von Klug 1984 an dem ersten Strukturvorschlag beteiligt war, am Institute for Molecular Biology & Biophysics der ETH Zürich vorangetrieben. 1997 publizierte die Arbeitsgruppe von Richmond eine Struktur des Nukleosoms mit einer Auflösung von 2,8 Å und 2002 folgte die Publikation der Struktur mit einer Auflösung von 1,9 Å.

Im Jahr 2005 publizierte die Arbeitsgruppe von Richmond eine Röntgen-Kristallstruktur des Tetranukleosoms.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Kristin Brogaard, Liqun Xi, Ji-Ping Wang & Jonathan Widom: A map of nucleosome positions in yeast at base-pair resolution. Nature, 2012, abgerufen am 24. Juni 2018 (englisch).
  2. Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert StryerStryer Biochemie In: Springer Spektrun. 7. Auflage, S. 951–952
  3. A. L. Olins, M. B. Senior, D. E. Olins: Ultrastructural features of chromatin nu bodies. In: The Journal of Cell Biology. Band 68, Nr. 3, März 1976, ISSN 0021-9525, S. 787–793, PMID 1035912, PMC 2109642 (freier Volltext) – (rupress.org [abgerufen am 17. November 2017]).
  4. ↑ Karolin Luger, Armin W. Mäder, Robin K. Richmond, David F. Sargent, Timothy J. Richmond: Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 Å resolution. In: Nature. 389, Nr. 6648, 1997, S. 251–260, doi:10.1038/38444.
  5. nobel.se: Aaron Klug - Autobiography
  6. T. J. Richmond, J. T. Finch,B. Rushton, D. Rhodes, A. Klug: Structure of the nucleosome core particle at 7 Å resolution. In: Nature. 311, 1984, S. 532–537, PMID 6482966.
  7. M. M. Struck, A. Klug, T. J. Richmond: Comparison of X-ray structures of the nucleosome core particle in two different hydration states. In: J. Mol. Biol. 224, 1992, S. 253–264, PMID 1548703.
  8. (Memento des Originals vom 3. Juni 2004 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.mol.biol.ethz.ch
  9. C. A. Davey CA, Sargent, K. Luger, A. W. Maeder, T. J. Richmond: Solvent mediated interactions in the structure of the nucleosome core particle at 1.9 Å resolution. In: J. Mol. Biol. 319, Nr. 5, 2002, S. 1097–1113, PMID 12079350.
  10. T. J. Richmond, C. A. Davey: The structure of DNA in the nucleosome core. In: Nature. 423, 2003, S. 145–150, PMID 12736678.
  11. T. Schalch, S. Duda, D. F. Sargent, T. J. Richmond: X-ray structure of a tetranucleosome and its implications for the chromatin fibre. In: Nature. 436, Nr. 7047, 2005, S. 138–141, PMID 16001076.

Literatur Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
UbergeordnetChromosomUntergeordnetDNAHistoneGene OntologyQuickGO Nukleosomen bilden einen Komplex aus DNA und Histonen Dies ist die erste Verpackungsstufe der DNA im Zellkern eukaryotischer Zellen Vorstufen finden sich auch bei Archaeen Die Abfolge der Nukleosomenpakete welche die DNA im Chromatin als 30 nm dicke Faser zusammenhalten wird Solenoidstruktur genannt Struktur eines Nukleosoms mit Histonen der Fruchtfliege Die DNA grau mit farbigen Nukleobasen ist um den Kern aus acht Histon Untereinheiten bordeauxrot gewickelt Inhaltsverzeichnis 1 Aufbau und Struktur 2 Entdeckung 3 Einzelnachweise 4 Literatur 5 WeblinksAufbau und Struktur BearbeitenAls Nukleosom bezeichnet man die Einheit von DNA und einem Histonoktamer Das Oktamer besteht aus je zwei Exemplaren der Proteine H2A H2B H3 und H4 Um so einen Proteinkomplex sind 146 oder 147 Basenpaare der DNA als linksgangige Superhelix gewunden Durch die Windung der DNA um den Histon Komplex verkurzt sich die Lange der DNA auf ein siebtel von 68 nm auf rund 10 nm Durch Verdau des Chromatins mit MNase Endonuklease die freie DNA verdaut erhalt man Histonoktamere um die ein ca 147 Basenpaare langes DNA Stuck gewunden ist sowie andere DNA bindende Proteine und deren gebundene DNA Fragmente 1 Diese Einheit wird als Nukleosomen Core Partikel NCP oder Nukleosomen Grundpartikel bezeichnet Im Chromatin sind die einzelnen Nukleosomen Core Partikel durch unterschiedlich lange DNA Linker miteinander verbunden Zusammen mit dem Linker Histon H1 bezeichnet man das Nukleosomen Core Partikel inklusive Linker DNA als Chromatosom Der Linker Histon H1 erwirkt eine Kondensation der einzelnen Nukleosome und resultiert in einer kompakteren Organisation des Chromatins welche zumindest in vivo als 30 nm Faser identifiziert werden konnte Die Struktur der Nukleosome wurde in den 1980ern in Pionierarbeit von Aaron Klugs Arbeitsgruppe aufgeklart Mittels Rontgenstrukturanalyse konnte gezeigt werden dass im Core Partikel ein Tetramer von H3 2 H4 2 sowie zwei Dimere der Histone H2A H2B vorliegen 2 Entdeckung BearbeitenVon Ada und Donald Olins in elektronenmikroskopischen Darstellungen gequollener Zellkerne entdeckt und 1973 erstmals auf dem Third Annual Meeting of the American Society for Cell Biology als n body neues Partikel vorgestellt wurde die helikale Form Solenoidstruktur nahezu umgehend als elementare Verpackungseinheit der DNA im Chromatin akzeptiert 3 1974 gelangen mehreren Teams darunter jenem von Roger Kornberg Analysen die den Aufbau dieser Partikel aus einem aus acht Histonen aufgebauten Komplex einem verbindenden Linker Histon und etwa 160 200 Basenpaaren an DNA zeigten 1975 wurde diese Einheit als Nukleosom eingefuhrt 1974 gilt heute als Geburtsjahr der molekularen Epigenetik Neben Wechselwirkungen die zur Verdichtung der DNA fuhren gehen die Histone Interaktionen untereinander ein So wird der Nukleosomenkern das core particle aus jeweils zwei Exemplaren der Histone H2a H2b H3 und H4 gebildet Um diesen Proteinkomplex sind in 1 65 Windungen 146 Basenpaare von DNA gewickelt 4 Der Bereich zwischen zwei Nukleosomen der variable linker Bereich der zwischen 160 Basenpaaren in Hefe und 200 Basenpaaren in hoheren Organismen umfassen kann beim Menschen sind es 50 60 Basenpaare wird durch ein weiteres Histon H1 besetzt welches am Aufbau nachsthoherer Strukturen der sog 30 nm Faser erklart z B im Solenoid Modell beteiligt ist Die Komponenten des Nukleosomenkerns wurden in der Evolution hoch konserviert nur zwei Aminosaurereste unterscheiden das Histon H3 des Menschen von jenem der Erbse was die fundamentale Bedeutung dieser Einheit und ihrer Modifikationen siehe unten unterstreicht Arbeiten zur Struktur der Nukleosomen wurden durch Aaron Klug Nobelpreis 1982 5 fur Kristall Strukturanalysen an Protein Nucleinsaure Komplexen in London am Medical Research Council aufgenommen Diese Arbeiten fuhrten 1984 bei noch relativ geringer Auflosung zum ersten Strukturvorschlag 6 7 Die Arbeiten werden seitdem systematisch durch Timothy Richmond 8 der bereits in der Gruppe von Klug 1984 an dem ersten Strukturvorschlag beteiligt war am Institute for Molecular Biology amp Biophysics der ETH Zurich vorangetrieben 1997 publizierte die Arbeitsgruppe von Richmond eine Struktur des Nukleosoms mit einer Auflosung von 2 8 A 4 und 2002 folgte die Publikation der Struktur mit einer Auflosung von 1 9 A 9 10 Im Jahr 2005 publizierte die Arbeitsgruppe von Richmond eine Rontgen Kristallstruktur des Tetranukleosoms 11 Einzelnachweise Bearbeiten Kristin Brogaard Liqun Xi Ji Ping Wang amp Jonathan Widom A map of nucleosome positions in yeast at base pair resolution Nature 2012 abgerufen am 24 Juni 2018 englisch Jeremy M Berg John L Tymoczko Lubert StryerStryer Biochemie In Springer Spektrun 7 Auflage S 951 952 A L Olins M B Senior D E Olins Ultrastructural features of chromatin nu bodies In The Journal of Cell Biology Band 68 Nr 3 Marz 1976 ISSN 0021 9525 S 787 793 PMID 1035912 PMC 2109642 freier Volltext rupress org abgerufen am 17 November 2017 a b Karolin Luger Armin W Mader Robin K Richmond David F Sargent Timothy J Richmond Crystal structure of the nucleosome core particle at 2 8 A resolution In Nature 389 Nr 6648 1997 S 251 260 doi 10 1038 38444 nobel se Aaron Klug Autobiography T J Richmond J T Finch B Rushton D Rhodes A Klug Structure of the nucleosome core particle at 7 A resolution In Nature 311 1984 S 532 537 PMID 6482966 M M Struck A Klug T J Richmond Comparison of X ray structures of the nucleosome core particle in two different hydration states In J Mol Biol 224 1992 S 253 264 PMID 1548703 Gruppe T J Richmond Memento des Originals vom 3 Juni 2004 im Internet Archive nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www mol biol ethz ch C A Davey CA Sargent K Luger A W Maeder T J Richmond Solvent mediated interactions in the structure of the nucleosome core particle at 1 9 A resolution In J Mol Biol 319 Nr 5 2002 S 1097 1113 PMID 12079350 T J Richmond C A Davey The structure of DNA in the nucleosome core In Nature 423 2003 S 145 150 PMID 12736678 T Schalch S Duda D F Sargent T J Richmond X ray structure of a tetranucleosome and its implications for the chromatin fibre In Nature 436 Nr 7047 2005 S 138 141 PMID 16001076 Literatur BearbeitenC P Prior C R Cantor E M Johnson V C Littau V G Allfrey Reversible changes in nucleosome structure and histone H3 accessibility in transcriptionally active and inactive states of rDNA chromatin In Cell 34 1983 S 1033 1042 J Gomez Lira M M Bode H Schroter Nucleosomal particles open as the histone core becomes hyperacetylated In Eur J Biochem 130 1983 S 437 445 B D Strahl C D Allis The language of covalent histone modifications In Nature 403 Nr 6765 2000 S 41 45 V B Teif K Rippe Predicting nucleosome positions on the DNA combining intrinsic affinities and remodeler activities In Nucleic Acids Res 37 2009 S 5641 5655 doi 10 1093 nar gkp610 Weblinks BearbeitenNucleosome core particle high quality visualization Proteopedia Nucleosomes Nukleosom Positionierung Daten und Werkzeuge Standig aktualisiert Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Nukleosom amp oldid 235347736