Nukleosom: zgradba, delovanje in bolezni

Nukleosom predstavlja najmanjšo embalažno enoto kromosoma. Skupaj s povezovalnim proteinom in povezovalno DNA so nukleosomi del kromatin, material, ki ga sestavlja kromosomi. Avtoimunske bolezni revmatičnega kroga se lahko razvije v povezavi z protitelesa na nukleosome.

Kaj je nukleosom?

Nukleosomi so sestavljeni iz DNA, ranjene okoli oktamera histonov. Histoni so nekatere osnovne beljakovine molekule ki razvijejo močno vezno silo na verigo DNA. Zlasti obilno osnovno aminokisline lizin in arginin zagotavljajo osnovnost histonov. Osnovno beljakovin se lahko tesno vežejo na kislo DNA, da tvorijo tesno zapakirano strukturo nukleosomov. Nukleosom pa je le najosnovnejša embalažna enota kromatin in s tem kromosoma. Do odkritja nukleosomov sta leta 1973 prišla Donald Olins in Ada z elektronsko mikroskopskim slikanjem otečenih celičnih jeder. To je razkrilo tako imenovano magnetno strukturo DNA. To je kondenzacija večjega števila nukleosomov v a kromatin vlakno. Ta vlakna so videti kot navita tuljava. Posamezni nukleosomi so med seboj povezani s tako imenovanimi povezovalnimi histoni, ki so vezani na povezovalno DNA in tvorijo organizacijsko strukturo v kromatinu, znano kot 30-nm vlakno.

Anatomija in zgradba

Nukleosom je sestavljen iz dveh osnovnih komponent, histonov in DNA. Histoni najprej tvorijo histonski oktamer. To predstavlja beljakovinski kompleks osmih histonov. Osnovni gradniki tega kompleksa so štirje različni histoni. Sem spadajo beljakovin H3, H4, H2A in H2B. Po dva histona iste vrste se združita v dimer. Histonski oktamer je sestavljen iz štirih različnih dimerjev. Segment DNA s 147 baznimi pari se zdaj 1.65-krat ovije okoli nastalega proteinskega kompleksa in tvori levo strukturo superheliksa. To navitje DNK svojo dolžino skrajša za sedmino z 68 nanometrov na 10 nanometrov. Prebava histonov z encimom DNaza povzroči tako imenovani jedrni delček nukleozoma, ki ga sestavljajo oktamer histona in fragment DNA iz 147 baznih parov. Posamezni delci jedra nukleozoma so povezani s povezovalnim histonom H1. Povezovalni histon je hkrati povezan s povezovalno DNA. Histon H1 pa predstavlja vrsto beljakovin molekule ki se razlikujejo glede na tkivo, organ in vrsto. Ne vplivajo pa na strukturo nukleosoma. Ko se nukleosomom povežeta povezovalni histon H1 in povezovalna DNA, nastane tako imenovano 30nm vlakno, ki predstavlja višjo raven organizacije DNA. 30-nanometrsko vlakno je 30-nanometrsko kromatinsko vlakno, ki je v obliki navite tuljave (magnetna struktura). Histoni so zelo konzervativni beljakovin ki se med evolucijo skoraj niso spremenile. To je posledica njihovega temeljnega pomena pri zavarovanju in pakiranju DNA v vseh evkariontskih organizmih. Tako je tudi struktura nukleosomov enaka v vseh evkariontskih celicah.

Funkcija in vloge

Temeljni pomen nukleosomov je v njihovi zmožnosti, da genski material zapakirajo v čim manjši prostor v celičnem jedru, hkrati pa ga hranijo na varnem. Tudi v manj gostih kondenzacijskih stanjih kromosomi, zelo tesno pakiranje je še vedno prisotno. Hkrati pa encimi v tem primeru dosežemo DNK. Tu lahko nato sprožijo prenos genetske informacije v mRNA in sintezo beljakovin. Nukleosomi imajo tudi pomembno vlogo v epigenetskih procesih. Epigenetika je zaskrbljen zaradi sprememb v aktivnosti genov v posameznih celicah, ki vodimed drugim tudi do diferenciacije telesnih celic v različne organe. Poleg tega pridobljene značilnosti tvorijo epigenetske spremembe. Vendar pa osnovna genetska struktura dednega materiala ostaja nedotaknjena. Vendar se lahko različni geni inaktivirajo s tesno vezavo na histone ali z metilacijo, pa tudi z manj gosto embalažo.

Bolezni

Obstajajo bolezni, povezane z nukleosomi. To so predvsem avtoimunske bolezni v katerem je imunski sistem proizvaja protitelesa proti lastnim beljakovinam v telesu. Med drugim so lahko prizadeti tudi nukleosomi, torej pri sistemski avtoimunski bolezni eritematozni lupus (SLE) nukleosomi predstavljajo antigene, ki jih napada lastno telo imunski sistem. Pri razvoju sistemskega eritematozni lupus (SLE), kombinacija genetskih dejavnikov z vplivi okolja verjetno igra vlogo pri patogenezi. Povišane ravni nukleosomov v obtoku najdemo v serumu bolnikov. Prosti nukleosomi lahko povzročijo vnetne odzive in povzročijo celično smrt limfociti. Poleg tega lahko oslabljena razgradnja nukleosomov, na primer zaradi gensko zmanjšane aktivnosti deoksiribonukleaze (DNase1), vodi na njihovo povečano koncentracija in s tem do povečanega tveganja za nastanek avtoimunske bolezni, usmerjene proti nukleosomom, kot npr eritematozni lupus (SLE). Za eritematozni lupus (SLE) je značilna zelo obsežna klinična slika. Prizadeti so lahko zelo različni organi. Najpogosteje se simptomi pojavijo na koža, spoji, kri plovilain je vzkliknil. Tipičen metuljv obliki eritema na koža. To okrepi izpostavljenost sončni svetlobi. Poleg izpadanje las, je tudi vnetje majhnih kri plovila. Ko je izpostavljen hladno, Raynaudov sindrom (belo do modrikasto obarvanje koža). Poleg tega obsežno vnetje od spoji razvija. Ko gre za ledvice, se napoved bolezni poslabša zaradi nevarnosti odpoved ledvic.