Nukleosoma: struktūra, funkcija un slimības

Nukleosoma apzīmē mazāko hromosomas iepakojuma vienību. Kopā ar saistošo olbaltumvielu un saistošo DNS nukleosomas ir daļa no hromatīns, materiāls, kas veido hromosomas. Autoimūnas slimības no reimatiskā apļa var attīstīties kopā ar antivielas līdz nukleosomām.

Kas ir nukleosoma?

Nukleosomas sastāv no DNS, kas ievilkta ap histonu oktamēru. Histoni ir noteikti pamata proteīni molekulas kas attīsta spēcīgu saistīšanās spēku ar DNS ķēdi. Jo īpaši bagātīgais pamata aminoskābes lizīna un arginīns nodrošina histonu pamatīgumu. Pamata proteīni var cieši saistīties ar skābo DNS, veidojot cieši iepakotu nukleosomu struktūru. Tomēr nukleosoma ir tikai visvienkāršākā iepakojuma vienība hromatīns un līdz ar to arī hromosomu. Nukleosomu atklāšanu 1973. gadā veica Donalds Olins un Ada, izmantojot elektronu mikroskopisko attēlveidošanu ar pietūkušo šūnu kodoliem. Tas atklāja tā saukto DNS solenoīda struktūru. Tā ir lielāka nukleosomu skaita kondensācija a hromatīns šķiedra. Šī šķiedra izskatās kā satīta spole. Atsevišķos nukleosomus savieno tā sauktie linkeru histoni, kas ir saistīti ar saistītāja DNS, un veido hromatīna organizatorisko struktūru, kas pazīstama kā 30 nm šķiedra.

Anatomija un struktūra

Nukleosomu veido divi pamatkomponenti, histoni un DNS. Histoni vispirms veido histona oktameru. Tas ir olbaltumvielu komplekss no astoņiem histoniem. Šī kompleksa pamatelementi ir četri dažādi histoni. Tie ietver proteīni H3, H4, H2A un H2B. Divi viena tipa histoni apvienojas, veidojot dimēru. Histone oktamērs savukārt sastāv no četriem dažādiem dimēriem. DNS segments ar 147 bāzes pāriem tagad apņem 1.65 reizes ap iegūto olbaltumvielu kompleksu un veido kreisās puses superhelix struktūru. Šis DNS tinums saīsina tā garumu par septīto daļu no 68 nanometriem līdz 10 nanometriem. Hemonu sagremošana ar enzīma DNāzes palīdzību rada tā saukto nukleosomu kodola daļiņu, kas sastāv no histona oktamēra un 147 bāzes pāru DNS fragmenta. Atsevišķas nukleosomu kodola daļiņas savieno savienotājs histons H1. Saistītāja histons ir vienlaikus saistīts ar saistītāja DNS. Savukārt histons H1 pārstāv dažādas olbaltumvielas molekulas kas mainās atkarībā no audiem, orgāniem un sugām. Tomēr tie neietekmē nukleosomas struktūru. Kad nukleosomas savieno saites histons H1 un saistītājs DNS, veidojas tā dēvētā 30 nm šķiedra, kas pārstāv augstāku DNS organizācijas līmeni. 30 nm šķiedra ir 30 nanometru bieza hromatīna šķiedra, kas ir ruļļos ruļļos (solenoīda struktūra). Histoni ir ļoti konservatīvi proteīni kas evolūcijas gaitā gandrīz nav mainījušies. Tas ir saistīts ar to būtisko nozīmi DNS nodrošināšanā un iesaiņošanā visos eikariotu organismos. Tādējādi nukleosomu struktūra ir vienāda arī visās eikariotu šūnās.

Funkcija un lomas

Nukleosomu galvenā nozīme ir to spējai iesaiņot ģenētisko materiālu pēc iespējas mazākā telpā šūnas kodolā, vienlaikus saglabājot tā drošību. Pat mazāk blīvos kondensāta stāvokļos hromosomas, joprojām ir ļoti blīvs iepakojums. Tomēr tajā pašā laikā fermenti šajā gadījumā sasniedz DNS. Pēc tam viņi var sākt ģenētiskās informācijas nodošanu mRNS, kā arī olbaltumvielu sintēzi. Nukleosomām ir liela loma arī epigenētiskajos procesos. Epignētikā ir noraizējies par gēnu aktivitātes izmaiņām atsevišķās šūnās, kuras vadīt, cita starpā, uz ķermeņa šūnu diferenciāciju dažādos orgānos. Turklāt iegūtās īpašības veido epigenētiskas izmaiņas. Tomēr iedzimtā materiāla galvenā ģenētiskā struktūra paliek neskarta. Tomēr dažādus gēnus var inaktivēt, cieši saistoties ar histoniem vai metilējot, kā arī atkārtoti aktivizēt ar mazāk blīvu iepakojumu.

Slimības

Ir slimības, kas saistītas ar nukleosomām. Tie galvenokārt ir autoimūnas slimības kurā imūnā sistēma ražo antivielas pret paša ķermeņa olbaltumvielām. Cita starpā var ietekmēt arī nukleosomas. Tādējādi sistēmiskās autoimūnas slimības gadījumā lupus erythematosus (SLE), nukleosomas pārstāv antigēnus, kuriem uzbrūk paša ķermeņa imūnā sistēma. Attīstoties sistēmiskai lupus erythematosus (SLE), ģenētisko faktoru kombinācijai ar vides ietekmēm, iespējams, ir nozīme patoģenēzē. Pacientu serumā tiek konstatēts paaugstināts cirkulējošo nukleosomu līmenis. Brīvās nukleosomas var izraisīt iekaisuma reakcijas un izraisīt šūnu nāvi limfocīti. Turklāt traucēta nukleosomu degradācija, piemēram, dezoksiribonukleāzes (DNase1) ģenētiski samazinātas aktivitātes dēļ, var vadīt to palielinājies koncentrācija un tādējādi uz paaugstinātu autoimūnas slimības attīstības risku, kas vērsts pret nukleosomām, piemēram, lupus erythematosus (SLE). Lupus erythematosus (SLE) raksturo ļoti plaša klīniskā aina. Var ietekmēt ļoti dažādus orgānus. Visbiežāk simptomi parādās uz āda, savienojumi, asinis kuģi, un sauca. Tipisks tauriņšformas veidojas eritēma uz āda. To pastiprina saules gaismas iedarbība. Papildus matu izkrišana, ir arī iekaisums no mazajiem asinis kuģi. Saskaroties ar auksts, Reino sindroms (baltas vai zilganas krāsas krāsas izmaiņas āda). Turklāt plašs iekaisums no savienojumi attīstās. Ja ir iesaistītas nieres, slimības prognoze pasliktinās nieru mazspēja.