Compattazione DNA

Gli Istoni – cosa sono

La cromatina nucleare è formata da DNA e proteine istoniche. Gli istoni sono proteine basiche ricche di aminoacidi basici come lisina e arginina, sono globulari con struttura secondaria ad α-elica e se ne distinguono 6 tipi. La loro presenza nei nuclei degli eucarioti è fondamentale per formare la cromatina nucleare.

dna

Dna – Collana di perle 

La struttura più rilassata della cromatina nucleare è detta collana di perle ed è formata dal DNA che fa circa un giro e mezzo intorno al nucleo istonico, l’insieme di istone e DNA avvolto prende il nome di nucleosoma. Il filo di perle può essere digerito trattandolo con la nucleasi, enzima che scinde il legame fosfodiestere del DNA più accessibile, la porzione non avvolta al nucleo istonico.

Nucleo istonico

Il DNA può essere scisso dal nucleo istonico in una soluzione altamente salina. Il nucleo istonico è ottamerico mentre il DNA è formato da 146 coppie di nucleotidi. L’ottamero è formato da una dimero di H2A, un dimero H2B, un dimero H3 e un dimero H4.

I nucleosomi formano strutture ulteriormente compattate dette zigzag e solenoide uniti tramite istoni linker esterni al nucleosoma, istoni H1 e H5.

Come sono fatti gli istoni del nucleosoma

Gli istoni che compongono il nucleosoma hanno un minimo di 3 A-eliche e un’estremità amminoterminale lunga e non strutturata. L’ottamero si forma inizialmente dalla formazione di un dimero H3-H4 e un dimero H2A-H2B, poi il tetramero H3-H4 e infine l’ottamero con le estremità amminoterminali che sporgono.

Istoni H1 e H5

Gli istoni H1 e H5 sono coinvolti in strutture di ordine superiore e sono costituiti da circa 220 residui aminoacidici, mentre gli altri 4 formano il nucleosoma, sono più piccoli e consistono di circa 100-150 residui aminoacidici.

Nella scanalatura minore che prende contatto con il nucleo istonico del DNA che si avvolge intorno agli istoni sono prevalenti coppie A-T, mentre nella scanalatura minore che volge all’esterno sono prevalenti le coppie di basi C-G.

Gli istoni contengono lisine

Una caratteristica importante degli istoni è che essi contengono alcuni residui di lisine (K) nella parte amminoterminale. In condizioni normali, il gruppo R della lisina è caricato positivamente e può interagire con i fosfati negativi presenti nel DNA, ma questo gruppo può essere neutralizzato da un’acetilazione, riducendo la forza del legame tra istoni e DNA.

Questo meccanismo svolge un ruolo importante nella regolazione della trascrizione genica.

Dna – complesso di rimodellamento della cromatina

L’acetilazione è svolta da un enzima detto istone-acetil-transferasi, nel nucleo fa parte di un complesso di proteine dette complesso di rimodellamento della cromatina.

Questo complesso interviene allentando i legami tra DNA e istoni per permettere ad altre proteine di interagire con il DNA in zone specifiche, successivamente un altro complesso di rimodellamento favorisce la dissociazione delle proteine e il ritorno alle condizioni basali.

Altri Istoni..

  • L’istone H2A presenta un residuo di serina che va incontro a fosforilazione mentre la lisina può essere acetilata.
  • L’istone H2B ha quattro residui di lisina che possono essere acetilati.
  • L’istone H3 ha due residui di serina che possono essere fosforilati, 5 residui di lisina che possono essere acetilati e due di questi possono essere anche metilati.
  • L’istone H4 ha un residuo di serina che può essere fosforilato, 4 residui di lisina che possono essere acetilati e uno può essere metilato.

Si è cercato di capire quale poteva essere il ruolo di ogni singola modificazione post-traduzionale. Importante è l’acetilazione del residuo di lisina-9 nell’istone H3 perché permette la deposizione di istoni; nella replicazione del DNA si devono replicare anche le proteine istoniche, i nuovi istoni sono acetilati  e possono essere distinti da quelli vecchi.

Queste modificazioni possono essere un punto di intervento per i farmaci.

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