Nukleosom

ZA Nukleosom reprezentuje najmniejszą jednostkę opakowaniową chromosomu Razem z białkiem łącznikowym i DNA łącznika nukleosomy należą do chromatyny, materiału, z którego zbudowane są chromosomy. W połączeniu z przeciwciałami przeciwko nukleosomom mogą rozwinąć się choroby autoimmunologiczne koła reumatycznego.

Co to jest nukleosom?

Nukleosomy są zbudowane z DNA owiniętego wokół oktameru histonów. Histony to pewne podstawowe cząsteczki białek, które tworzą silne wiązanie z łańcuchem DNA. Szczególnie często występujące aminokwasy zasadowe lizyna i arginina zapewniają zasadowość histonów.

Podstawowe białka mogą mocno wiązać się z kwaśnym DNA, tworząc w ten sposób ściśle upakowaną strukturę nukleosomów. Jednak nukleosom jest tylko najbardziej elementarną jednostką opakowaniową chromatyny, a tym samym chromosomem. Odkrycie nukleosomów miało miejsce w 1973 roku przez Donalda Olinsa i Adę poprzez mikroskopijną reprezentację elektronową spuchniętych jąder komórkowych. Ujawniono tak zwaną strukturę solenoidu DNA. Jest to kompresja dużej liczby nukleosomów we włóknie chromatyny.

To włókno wygląda jak zwinięta cewka. Poszczególne nukleosomy są połączone ze sobą tak zwanymi histonami łącznikowymi, które są związane z DNA łącznika i tworzą w chromatynie strukturę organizacyjną zwaną włóknem 30 nm.

Anatomia i budowa

Nukleosom składa się z dwóch podstawowych składników, histonów i DNA. Histony początkowo tworzą oktamer histonowy. Stanowi to kompleks białkowy złożony z ośmiu histonów, których podstawowymi elementami budulcowymi są cztery różne histony. Należą do nich białka H3, H4, H2A i H2B. Dwa identyczne histony łączą się, tworząc dimer.

Z kolei oktamer histonu składa się z czterech różnych dimerów. Fragment DNA zawierający 147 par zasad otacza teraz 1,65 razy powstały kompleks białkowy i tworzy lewoskrętną strukturę superhelix. To skręcenie DNA zmniejsza jego długość o jedną siódmą z 68 nanometrów do 10 nanometrów. Podczas procesu trawienia histonów przez enzym DNazę powstaje tak zwana cząstka jądra nukleosomu, na którą składa się oktamer histonu i fragment DNA o 147 parach zasad.

Poszczególne cząstki rdzenia nukleosomu są połączone ze sobą łącznikiem histonem H1. Histon linkera jest również połączony z DNA linkera. Z kolei histon H1 reprezentuje wiele cząsteczek białka, które różnią się w zależności od tkanki, narządu i typu. Nie wpływają jednak na strukturę nukleosomu. Gdy nukleosomy są połączone za pomocą linkera histonu H1 i linkera DNA, powstaje tak zwane włókno 30nm, które reprezentuje wyższy poziom organizacji DNA.

Włókno 30nm to włókno chromatynowe o grubości 30 nanometrów w postaci nawiniętej cewki (konstrukcja solenoidu). Histony to bardzo konserwatywne białka, które prawie nie uległy zmianie w trakcie ewolucji. Wynika to z ich fundamentalnego znaczenia dla zabezpieczania i pakowania DNA u wszystkich żywych istot eukariotycznych. Struktura nukleosomów we wszystkich komórkach eukariotycznych jest taka sama.

Funkcja i zadania

Fundamentalne znaczenie nukleosomów polega na ich zdolności do pakowania materiału genetycznego w jak najmniejszej przestrzeni w jądrze komórkowym i jednocześnie do jego zabezpieczenia. Nawet przy mniej gęstych stanach kondensacji chromosomów opakowanie jest nadal bardzo szczelne. Jednocześnie jednak enzymy docierają w tym przypadku do DNA.

Tutaj mogą następnie zainicjować transfer informacji genetycznej do mRNA i syntezę białek. Duże znaczenie w procesach epigenetycznych mają również nukleosomy. Epigenetyka dotyczy zmian w aktywności genów w poszczególnych komórkach, co między innymi prowadzi do różnicowania się komórek ciała w różne narządy. Ponadto cechy nabyte rozwijają się w wyniku zmian epigenetycznych.

Jednak zachowana zostaje podstawowa struktura genetyczna materiału genetycznego. Jednak różne geny można inaktywować przez wiązanie się z histonami lub przez metylację i można je reaktywować przez mniej szczelne opakowanie.

Tutaj znajdziesz swoje leki

Choroby

Istnieją choroby związane z nukleosomami. Są to głównie choroby autoimmunologiczne, w których układ odpornościowy wytwarza przeciwciała przeciwko własnym białkom organizmu. Między innymi może to również dotyczyć nukleosomów.

W układowej chorobie autoimmunologicznej toczniu rumieniowatym (SLE) nukleosomy reprezentują antygeny atakowane przez własny układ odpornościowy organizmu. W rozwoju tocznia rumieniowatego układowego (SLE) w patogenezie odgrywa rolę połączenie czynników genetycznych z wpływami środowiskowymi. W surowicy pacjentów stwierdza się podwyższone stężenia krążących nukleosomów. Wolne nukleosomy mogą wywoływać reakcje zapalne i powodować śmierć komórek limfocytów. Ponadto upośledzony rozpad nukleosomów, na przykład z powodu genetycznie uwarunkowanej zmniejszonej aktywności deoksyrybonukleazy (DNazy1), może prowadzić do jej zwiększonego stężenia, a tym samym do zwiększonego ryzyka rozwoju choroby autoimmunologicznej, takiej jak toczeń rumieniowaty (SLE), skierowanej przeciwko nukleosomom.

Toczeń rumieniowaty rumieniowaty (SLE) charakteryzuje się bardzo rozległym obrazem klinicznym. Może to dotyczyć bardzo różnych narządów. Objawy najczęściej pojawiają się na skórze, stawach, naczyniach krwionośnych i opłucnej. Na skórze tworzy się typowy rumień w kształcie motyla. Potęguje to promieniowanie słoneczne. Oprócz wypadania włosów zaognione są również małe naczynia krwionośne. Po wystawieniu na zimno obserwuje się zespół Raynauda (białe lub niebieskawe przebarwienie skóry). Rozwija się również rozległe zapalenie stawów. W przypadku zajęcia nerek rokowanie choroby ulega pogorszeniu z powodu ryzyka niewydolności nerek.