Nukleozom

A Nukleozom predstavlja najmanjšo embalažno enoto kromosoma. Skupaj s proteinom linkerja in vezalno DNK nukleozomi pripadajo kromatinu, materialu, iz katerega so izdelani kromosomi. V povezavi s protitelesi proti nukleosomom se lahko razvijejo avtoimunske bolezni revmatičnega vezja.

Kaj je nukleosom?

Nukleozomi so sestavljeni iz DNA, ovite okoli oktamerja iz histonov. Histoni so nekatere osnovne molekule beljakovin, ki razvijejo močno vez z verigo DNK. Običajni osnovni aminokislini lizin in arginin zlasti zagotavljata bazičnost histonov.

Osnovni proteini se lahko trdno vežejo s kislo DNK in tako tvorijo tesno pakirano strukturo nukleozomov. Nukleosom pa je le najosnovnejša embalažna enota kromatina in s tem kromosom. Odkrivanje nukleozomov sta leta 1973 opravila Donald Olins in Ada z elektronsko mikroskopsko predstavitvijo oteklih celičnih jeder. Razkrili smo tako imenovano solenoidno strukturo DNK. Gre za stiskanje velikega števila nukleosomov v kromatinsko vlakno.

To vlakno izgleda kot navita tuljava. Posamezni nukleozomi so med seboj povezani s tako imenovanimi veznimi histoni, ki so vezani na vezni DNK in tvorijo organizacijsko strukturo, imenovano 30 nm vlakna v kromatinu.

Anatomija in struktura

Nukleosom je sestavljen iz dveh osnovnih komponent, histonov in DNK. Histoni najprej tvorijo histonski oktamer. To predstavlja beljakovinski kompleks z osmimi histoni. Osnovni gradniki tega kompleksa so štirje različni histoni. Sem spadajo beljakovine H3, H4, H2A in H2B. Dva enaka histona se združita in tvorita dimer.

Histonski oktamer sestavljajo štirje različni dimeri. Odsek DNK s 147 baznimi pari se zdaj ovije 1,65-krat okoli nastalega proteinskega kompleksa in tvori levičarsko strukturo superhelixa. To zvijanje DNK skrajša njegovo dolžino za sedmo s 68 nanometrov na 10 nanometrov. Med postopkom prebave histonov s pomočjo encima DNaza nastane tako imenovani nukleosomski jedrni delček, ki ga sestavljata histonski oktamer in fragment DNA iz 147 baznih parov.

Posamezni delci jedrnih nukleozomov so med seboj povezani s povezovalnim histonom H1. Linkerni histon je povezan tudi s povezovalno DNK. Histon H1 predstavlja veliko število beljakovinskih molekul, ki se razlikujejo glede na tkivo, organ in vrsto. Vendar ne vplivajo na strukturo nukleosoma. Ko so nukleozomi povezani s povezovalnim histonom H1 in povezovalno DNA, nastane tako imenovano 30 nm vlakno, ki predstavlja višjo raven organizacije DNK.

30nm vlakno je 30 nanometrsko kromatinsko vlakno debelo v obliki navite tuljave (solenoidna struktura). Histoni so zelo konzervativni proteini, ki se v času evolucije skoraj niso spremenili. To je posledica njihovega temeljnega pomena za zavarovanje in pakiranje DNK pri vseh evkariontskih živih bitjih. Struktura nukleozomov v vseh evkariontskih celicah je enaka.

Funkcija in naloge

Temeljni pomen nukleozomov je v njihovi sposobnosti pakiranja genskega materiala v najmanjši prostor v celičnem jedru in hkrati njegovega zavarovanja. Tudi pri manj gostih kondenzacijskih stanjih kromosomov je embalaža še vedno zelo tesna. Hkrati pa encimi v tem primeru dosežejo DNK.

Tu lahko nato začnejo prenos genetskih informacij v mRNA in sintezo beljakovin. Nukleozomi so prav tako velikega pomena pri epigenetskih procesih. Epigenetika govori o spremembah aktivnosti genov v posameznih celicah, ki med drugim vodijo do diferenciacije telesnih celic v različne organe. Poleg tega se pridobljene lastnosti razvijejo z epigenetskimi spremembami.

Vendar je osnovna genska struktura genskega materiala ohranjena. Različni geni se lahko inaktivirajo z vezavo na histone ali metilacijo, reaktivirajo pa se lahko z manj tesnim pakiranjem.

Tu lahko najdete svoja zdravila

Bolezni

Obstajajo bolezni, ki so povezane z nukleosomi. To so predvsem avtoimunske bolezni, pri katerih imunski sistem proizvaja protitelesa proti lastnim beljakovinam v telesu. Med drugim lahko vplivajo tudi nukleozomi.

V sistemski avtoimunski bolezni lupus eritematozus (SLE) nukleozomi predstavljajo antigene, ki jih napada imunski sistem telesa. Pri razvoju sistemskega eritematoznega lupusa (SLE) igra kombinacija genetskih dejavnikov z vplivi okolja pomembno vlogo v patogenezi. V serumu bolnikov najdemo povečano koncentracijo nukleozomov v obtoku. Prosti nukleozomi lahko sprožijo vnetne reakcije in povzročijo celično smrt limfocitov. Poleg tega lahko okvarjen razpad nukleozomov, na primer zaradi gensko določene zmanjšane aktivnosti deoksiribonukleaze (DNase1), lahko privede do njegove povečane koncentracije in s tem do povečanega tveganja za razvoj avtoimunske bolezni, kot je lupus eritematozus (SLE), ki je usmerjen proti nukleosomom.

Za lupus eritematozus (SLE) je značilna zelo obsežna klinična slika. Prizadeti so lahko zelo različni organi. Simptomi se najpogosteje pojavijo na koži, sklepih, krvnih žilah in pleuri. Na koži se oblikuje značilni eritem v obliki metulja. To se intenzivira s sončnim sevanjem. Poleg izpadanja las se majhne krvne žile vnamejo tudi. Pri izpostavljenosti mrazu opazimo Raynaudov sindrom (belo do modrikasto razbarvanje kože). Razvija se tudi obsežno vnetje sklepov. Če so vključene ledvice, se napoved za bolezen poslabša zaradi nevarnosti odpovedi ledvic.