Twoja wyszukiwarka

MAGDALENA FIKUS
GENETYCZNE KORALIKI
Wiedza i Życie nr 1/1998
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 1/1998

PO DWUDZIESTU LATACH BADAŃ UJAWNIONO INTYMNĄ STRUKTURĘ NUKLEOSOMU.

Przez kilkadziesiąt lat, które upłynęły od odkrycia struktury podwójnej helisy DNA (1952), pozostawało zagadką, w jaki sposób DNA, który na przykład w naszych komórkach mierzy około 2 m, upakowany jest i mieści się w jądrze komórki o średnicy kilku milionowych części metra. Przełom nastąpił w połowie lat siedemdziesiątych, kiedy odkryto, że wszystkie cząsteczki DNA organizmów eukariotycznych (tych, których komórki zawierają jądra) tworzą wraz ze specjalnymi białkami, histonami, struktury zwane nukleosomami.

W nukleosomie DNA owinięty jest wokół kompleksu 8 cząsteczek histonów (po dwa histony H2A, H2B, H3 i H4), a odcinek nici DNA, łączący dwa kolejne nukleosomy, związany jest z jeszcze jednym histonem (H1). Od czasu tego odkrycia nukleosomy porównywane są do koralików na sznurku, tak zresztą wyglądają w mikroskopie elektronowym. Nukleosom pozwala na czterdziestokrotne skrócenie liniowego wymiaru cząsteczki DNA.

Wykazano, że dalsze etapy upakowywania polegają na tworzeniu i stabilizacji helis kolejnych rzędów, widocznie natura zaczęła od podstawowej helisy Watsona-Cricka i upodobała sobie tę formę przestrzennej organizacji materiału genetycznego.

Kolejne lata badań coraz bardziej obnażały tajemnice chromosomów. Dowiedziano się na przykład o niezmienności histonów całego świata eukariotycznego. Przemawia to za niezwykle ważną dla życia funkcją tych białek; każda mutacja powodowała zapewne śmierć komórki, a więc nie była utrwalana przez dziedziczenie w kolejnych jej pokoleniach. To, że histony trwają w nieomal nie zmienionej formie od milionów lat i są obecne we współczesnych archebakteriach, w drożdżach i komórkach człowieka, świadczy także o zoptymalizowaniu ich oddziaływań z materiałem genetycznym: wystarczająco specyficznych, aby upakowywać ściśle DNA i jednocześnie wystarczająco plastycznych, aby być uniwersalnymi dla wszystkich rodzajów DNA. Dzięki takiemu upakowaniu możliwe jest "obnażanie" odcinków DNA z histonów wtedy, gdy musi być odczytywany jako informacja.

By jednak zrozumieć, jak to się dzieje, konieczne było poznanie samej zasady upakowania informacji genetycznej, a mianowicie ujawnienie struktury nukleosomu.

Mimo iż pierwsze krystaliczne nukleosomy uzyskano już w 1977 roku, to ze względów technicznych ich rozpracowanie stało się możliwe dopiero niedawno i oceniono je jako naukową sensację ub.r. Jej autorzy, zespół Timothy J. Richmonda z Institut für Molekularbiologie und Biophysik w Zürichu, wniknęli w intymną molekularną strukturę chromosomu, analizując ugięcia promieni rentgenowskich przez kryształ nukleosomu utworzonego przez uczonych ze składników o znanej i zdefiniowanej budowie. Wyniki przedstawia rycina obok.

Jak to zwykle bywa w nauce, opisany sukces postawił do rozstrzygnięcia wiele kolejnych pytań. Zbadania wymaga choćby struktura zwojów helis wyższego rzędu. Dalej nie wiemy wszystkiego o tym, w jaki sposób odpowiednie enzymy mogą "odczytać" informację genetyczną (którą stanowi kolejność nukleotydów) w ściśle upakowanych, splątanych kompleksach nukleosomów i wyższych struktur helikalnych.

 Nukleosom z Zürichu tworzy odcinek 146 par nukleotydów (z 2 nici DNA, stanowiących tę cząsteczkę, każda zbudowana jest z połączonych ze sobą podjednostek, nukleotydów, stąd długość DNA wyraża się parami nukleotydów pochodzących z obu nici) i komplet histonów wytworzonych metodami inżynierii genetycznej. Osiągnięta rozdzielczość analizy wynosi
2.8 Å, co oznacza możliwość identyfikacji w strukturze poszczególnych atomów.

Wszystkie histony w nukleosomie mają taką samą ogólną strukturę przestrzenną. Stanowią ją 3 połączone helisy-alfa, z obu stron zakończone nieustrukturowanymi "ogonami" (patrz lewa strona ilustracji, widok z przodu). Histony trzymają się parami w dużym kompleksie: (H3-H4) (H2B-H2A). DNA rozpoczyna okrążanie kompleksu par histonów od strony jednego z "ogonów" histonu H3. Każda para histonów wiąże się z około 30 parami nukleotydów DNA, DNA tworzy kontakty z histonami co 10 par nukleotydów.

Jednostka nukleosomowa to 2 dyski białkowo--nukleinowe (na ryc. po prawej, widok z boku), każdy złożony z 4 białek oplecionych przez DNA. Swobodnie sterczące z jądra nukleosomu "ogony" uczestniczą prawdopodobnie w stabilizacji helis wyższego rzędu.

Oddziaływania histonów z DNA dotyczą rdzenia nici białek i kwasu nukleinowego; ich budowa nie zależy od rodzaju sąsiadujących ze sobą w cząsteczce aminokwasów (histon) czy też nukleotydów (DNA). Ogólny charakter struktur obu nici pozwala na tworzenie nukleosomów, bez względu na kolejność nukleotydów, w każdym obszarze DNA.

Podstawowa helisa DNA w nukleosomie jest nieco silniej skręcona niż wtedy, gdy DNA występuje solo, w roztworze.

H3 - fioletowy

H4 - zielony

H2A - żółty

H2B - czerwony

Helisa DNA: żółto-niebieska.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(01/98) SZTUCZNE PALCE CYNKOWE