ヒストンタンパク質は DNA のコイリングにどのように役立つか

生物の遺伝物質は、数十億の DNA 塩基対で構成されています。それは、核内のタイトなパッケージングのために染色体に配置されます。染色体は、タンパク質と結合した DNA で構成され、クロマチンとして知られる複雑な構造を形成しています。染色体の 40% は DNA で、残りの 60% はタンパク質です。ヒストンは、DNA に関連するタンパク質です。 DNA はヒストンによって形成されたコアの周りに巻き付けられ、ヌクレオソームとして知られる構造を形成しています .ヌクレオソームは、染色体またはクロマチン繊維の基本単位です。ヌクレオソームは DNA コイルと見なすことができます。したがって、染色体は DNA スーパーコイルで構成されています。

対象となる主な分野

1.ヒストンとは
– 定義、タイプ、役割
2.ヒストンタンパク質は DNA のコイル化にどのように役立つのか
– ヌクレオソームの形成

重要な用語:クロマチン、クロマトソーム、コイル、DNA、ヒストン コア、リンカー DNA、ヌクレオソーム、スーパーコイル

ヒストンとは

ヒストンは、染色体に見られる基本的なタイプのタンパク質として機能する、正に帯電したタンパク質の一種です。ヒストンには、H1、H2A、H2B、H3、H4 の 5 種類があります。ヒストンタンパク質の主な機能は、核内での DNA の凝縮パッケージングを助けることです。ヒストンと DNA の相互作用は 図 1 に示されています .

図 1:ヒストンと DNA の相互作用

ヒストン コアの形成に関与する 4 種類のヒストンは、H2A、H2B、H3、および H4 です。 DNA はヒストンコアに巻き付いて DNA のコイルを形成します。ヒストンは、ユークロマチンとヘテロクロマチンとして知られる 2 種類のクロマチンを形成することにより、遺伝子発現の調節において主要な役割を果たします。ユークロマチンは緩やかにパッケージ化された DNA を含み、高い発現率を示します。ただし、ヘテロクロマチンには密集した DNA が含まれており、その領域で遺伝子を発現することはめったにありません。

ヒストンタンパク質がDNAのコイリングにどのように役立つか

生物のゲノムは多数のヌクレオチドで構成されており、生物の発生と機能に関する全遺伝情報をコード化しています。これらのヌクレオチドはすべて、核として知られる微視的構造の小さな空間に含まれている必要があります。したがって、核内への DNA のタイトなパッケージングにはメカニズムが必要です。 ヒストンは、ヒストンのコアにDNAを巻き付けることにより、DNAコイルの高度に凝縮された構造の形成に関与しています。 このコイル構造はヌクレオソームとして知られています . 図 2 は、ヒストン コアの周りに巻き付けられた DNA を示しています。 .

図 2:ヌクレオソーム

ヒストン コアは、ヒストン 8 量体で構成されています。ヒストン 8 量体は、H2A、H2B、H3、および H4 の 4 種類のヒストンのうちの 2 つの組み合わせで構成されています。長さ 146 塩基対の DNA ストレッチは、ヌクレオソームのヒストン コアに巻き付いています。このラッピングは、ヒストン 8 量体で約 1.7 ターンを形成します。次に、H1 として知られる 5 番目のタイプのヒストンがヒストン コアに結合し、ヒストン コアの周りに別の 20 塩基対の DNA を巻き付けることができます。得られた構造はクロマトソームとして知られています .したがって、166 塩基対の長さの DNA ストレッチがクロマトソームに巻き付いています。何千ものヌクレオソームが、リンカー DNA として知られる DNA ストレッチによって結合されています .リンカー DNA は 20 塩基対で構成されています。これにより、顕微鏡下でビーズにストリング構造を与えるヌクレオソームの長い鎖が形成されます。ヌクレオソームへの DNA のパッケージングは​​、DNA 鎖の長さを 7 分の 1 に短縮します。形成されたクロマチン繊維の直径は 20 nm です。しかし、クロマチンはさらに 30 nm のファイバーに巻き取られ、高次構造を形成します。

ヌクレオソームは DNA のコイルを表します。これは、糸状のビーズを生成する染色体の基本的な構造および反復単位として機能します。これは、染色体が DNA スーパーコイル で構成されていることを意味します .

結論

ほとんどの生物のゲノムは、ヌクレオチドの長い鎖で構成されており、核にパッケージ化されている必要があります。ヒストンは、核への DNA のタイトなパッケージングを可能にする関連タンパク質です。 DNA の断片がヒストンのコアに巻き付けられ、ヌクレオソームとして知られる DNA コイルが生成されます。染色体は一連のヌクレオソームで構成されているため、染色体の構造にはスーパーコイルの性質があると考えられています。

参照:

1.イフティカール、ジャンナット。 「DNAパッケージングにおけるヒストンの役割」。 LinkedIn SlideShare 、2013 年 12 月 14 日、こちらから入手可能。

画像提供:

1. 「図 04 03 05a」 CNX OpenStax 作成 – (CC BY 4.0) Commons Wikimedia 経由/P>