Nucleosoma

Il nucleosoma, la cui scoperta risale al 1974, è l'unità fondamentale della cromatina ed è costituito da un centro proteico, costituito da otto proteine istoniche (formano il core istonico) e dal DNA ad esse legato. La sequenza di centri proteici forma un asse superelicoidale (nucleosoma) attorno al quale si avvolge il DNA elicoidale. Ogni centro nucleosomico (legato al successivo centro nucleosomico, in progressione lungo l'asse di avvolgimento del DNA elicoidale) contiene infatti due istoni H2A, due istoni H2B, due istoni H3 e due istoni H4. Gli istoni H3 e H4 formano degli eterodimeri, in seguito due eterodimeri H3-H4 si associano dando origine ad un tetramero. H2A e H2B invece formano eterodimeri che però non tetramerizzano. L'assemblaggio di un nucleosoma avviene con un ordine ben preciso: prima il tetramero H3-H4 lega il DNA, successivamente due dimeri H2A-H2B si uniscono al tetramero per formare il centro nucleosomico completo. Gli otto istoni danno origine ad una struttura sferica che funge da scheletro e da impalcatura per il DNA del centro. Quest'ultimo è lungo 147 pb e si avvolge 1,7 volte attorno all'ottamero istonico come dimostrato dalla digestione della cromatina con la nucleasi micrococcica. I nucleosomi hanno un diametro di circa 11 nm e sono intervallati l'uno dall'altro da un tratto di DNA detto DNA connettivo. Il DNA connettivo al contrario del DNA del centro è di lunghezza variabile 20-80 pb. Le regioni dell'istone-fold del tetramero H3-H4 interagiscono con le 60 paia di basi centrali del DNA nucleosomico lungo 147pb. La regione N-terminale di H3, più vicina all'istone-fold, forma una quarta α-elica che interagisce con le ultime 13 paia di basi di ciascun terminale del DNA. Il tetramero H3-H4 inoltre lega la parte centrale ad entrambe le estremità del DNA. Invece, ciascuno dei due dimeri H2A-H2B lega circa 30 bp da entrambe le parti delle 60 centrali legate da H3 e H4. L'associazione del DNA con il nucleosoma è mediata da un grande numero di legami idrogeno che si instaurano fra le proteine e gli atomi di ossigeno dei legami fosfodiesterici, vicino al solco minore del DNA. La struttura che ne risulta (detta anche fibra da 10 nm) ha il caratteristico aspetto di perle avvolte da un filo (il DNA si dispone attorno al centro nucleosomico) e rappresenta il primo livello di compattamento della cromatina. La condensazione di quest'ultima è favorita anche dall'istone H1 (piccolo proteina con carica netta positive) che interagendo con il DNA connettivo determina una maggiore adesione del DNA all'ottamero istonico. L'associazione in nucleosome, che compatta il DNA di sei volte, non richiede specificità di sequenza, tuttavia può essere influenzata dal contenuto in G e C. Le sequenze ricche in A-T permettono una curvatura maggiore rispetto a sequenze ricche in G-C. In tutte le cellule ci sono delle regioni non organizzate in nucleosome che solitamente sono coinvolte nell'espressione genica, nella ricombinazione o nella replicazione. Le code N-terminali degli istoni sporgono all'esterno del nucleosoma e contengono molti siti suscettibili a modificazioni che influiscono sul livello di compattazione della cromatina: a seconda del tipo di modifica, dell'istone in cui avviene e del sito in cui su verifica, l'effetto sarà diverso.

((Biologia molecolare del gene Autore/i: Watson - Baker - Bell - Gann | Editore: Zanichelli))

Istoni

Sono le proteine più abbondanti associate al DNA eucariotico. Gli istoni più importanti sono: H2A, H2B, H3, H4 (formano il centro) e H1 (lega il DNA connettivo fra 2 nucleosomi). L'istone H1 è responsabile del secondo livello di compattazione della cromatina (fibra da 30 nm). Gli istoni sono proteine basiche, infatti più del 20% dei residui contenuti negli istoni sono lisine o arginine.I residui basici degli istoni formano delle interazioni elettrostatiche con i fosfati carichi negativamente del DNA.Gli istoni del centro hanno un PM compreso tra 11 e 15 KDa, invece l'H1 è 20 kDa. Gli istoni sono proteine aspecifiche non riconoscono infatti sequenze particolari. Il centro si assembla solo in presenza di DNA, mentre da soli in soluzione formano complessi intermedi. Sono formati da un dominio ben conservato, detto histone-fold, formato da 3 α-eliche, coinvolte nella formazione di dimeri H2A-H2B e H3-H4. Specifiche varianti istoniche vengono utilizzate per l'assemblaggio dei nucleosomi in particolari domini della cromatina. Oltre ai 5 istoni citati ce ne sono molti altri: ad esempio H2Az è localizzato a livello delle sequenze promotoriali e si ritiene abbia un ruolo centrale nel reclutamento della TBP

Modificazioni del nucleosoma

Il nucleosoma, per le necessità di lettura genetica, è una struttura dinamica. Generalmente sequenze ricche in A e T aderiscono strettamente al corpo del nucleosoma quando si trovano nella scanalatura secondaria interna del DNA, mentre C e G sono comuni nelle scanalature primarie esterne del DNA. Ogni nucleosoma esiste nella forma con il DNA avvolto per 250 millisecondi, con il DNA allentato per 10-50 millisecondi. Lo svolgimento del DNA avviene con una frequenza di 4 volte al secondo. Lo svolgimento avviene ad opera di complessi proteici di rimodellamento della cromatina che si legano sia al corpo del nucleosoma che al doppio filamento di DNA che vi è avvolto. Idrolizzando ATP in ADP+P questi complessi sono capaci di allentare il DNA per esporlo ad altre proteine; per completare lo svolgimento occorrono numerose molecole di ATP. Altri complessi di rimodellamento della cromatina possono, a seconda delle necessità e in collaborazione con alcune proteine chaperon, cambiare uno o più istoni del corpo del nucleosoma, sino a poterlo sostituire completamente. Tutte queste operazioni richiedono un certo consumo di ATP.