二倍体のヒトゲノムは、核内の23の染色体に密にパッケージされた約60億塩基対で構成されています。ヒストンは、微細な空間へのDNAのコンパクトなパッケージングに関与するタンパク質です。クロマチンは、結果として生じるDNA-タンパク質複合体です。クロマチンの基本的な繰り返し単位はヌクレオソームです。 ヌクレオソームは、ヒストンのコアの周りに巻かれたDNAの長さで構成されています。ヒストンは正に帯電したタンパク質であり、DNAは負に帯電しています。ヒストンコアは、H2A、H2B、H3、およびH4の4つのヒストンのうちの2つを組み合わせたタンパク質八量体によって形成されます。各染色体は、DNAストレッチによって相互接続された何千ものヌクレオソームで構成されています。ヌクレオソームの構造は、クロマチンにビーズオンストリングの外観を与えます。

対象となる主要分野

1.ヒストンとは –定義、タイプ、役割 2.ヒストンはヌクレオソームとどのように関連していますか –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、DNA、ヒストンコア、リンカーDNA、ヌクレオソーム

ヒストンとは

ヒストンは、クロマチンに含まれるタンパク質の基本的なタイプです。それらは小さく、正に帯電したタンパク質です。 H1、H2A、H2B、H3、およびH4はヒストンのタイプです。核内では、それらはDNAと関連しており、クロマチンに凝縮するのに役立ちます。すべてのタイプのヒストンは、DNAが包むヒストンコアの形成に関与しています。ヒストン八量体の形成を図1に示します。

図1：ヒストンコアの形成

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、遺伝子調節において主要な役割を果たします。ユークロマチンには、ゆるくパッケージされたDNAが含まれています。したがって、それは高い発現率を示します。ただし、ヘテロクロマチンには密にパッケージされたDNAが含まれています。したがって、ヘテロクロマチンの遺伝子はめったに発現されません。

ヒストンはヌクレオソームとどのように関連していますか

DNAは、糖リン酸骨格にリン酸基が存在するため、負に帯電した分子です。したがって、正に帯電したヒストンは非常に緊密にDNAと結合することができます。 DNAの高度に凝縮された構造は、ヒストンタンパク質コアの周りにDNAを巻き付けることによって形成されます。ヒストンコアに巻き付いたDNAを図2に示します。

図2：ヌクレオソーム

ヌクレオソーム クロマチンの基本的な構造および繰り返し単位として機能し、ストリングの外観でビーズを生成します。それは、ヒストンコアとその周りに巻き付けられた一連のDNAで構成されています。ヒストン八量体またはヒストンコアは、H2A、H2B、H3、およびH4の4種類のヒストンのうちの2つを組み合わせることによって形成されます。 146塩基対の長さのDNAストレッチがヒストンに巻き付けられ、ヌクレオソームを形成します。このDNAストレッチは、ヒストン八量体を約1.7ターン巻きます。次に、H1として知られる別のタイプのヒストンがヒストンコアに結合し、さらに20塩基対のDNAを可能にします。これにより、ヒストンコアの周りに2つの完全なラウンドでDNAストレッチがラップされます。この構造は、 クロマトソーム。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けられます。クロマトソームの構造を図3に示します。

図3：クロマトソーム

すべての染色体は、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た何千ものヌクレオソームで構成されています。リンカーDNAは20塩基対で構成されています。これはヌクレオソームの長い鎖を形成し、顕微鏡下で刺すような構造にビーズを与えます。

DNAをヌクレオソームにパッケージングすると、DNA鎖の長さが7分の1に短縮されます。形成されたクロマチン繊維の直径は20nmです。ただし、クロマチンはさらに30 nmのファイバーにコイル状に巻かれ、高次の構造を形成します。

結論

クロマチンは、互いに相互接続された一連のヌクレオソームで構成されたDNAの凝縮構造です。ヌクレオソームはクロマチンの構造単位です。これは、ヒストンコアに巻き付けられた一連のDNAで構成されています。ヒストンコアは、8つのヒストンタンパク質で構成されています。したがって、ヒストンはヌクレオソームのコア構造です。

リファレンス：

1.「DNAパッケージング：ヌクレオソームとクロマチン」。 Nature News、Nature Publishing Group、こちらから入手できます。

画像提供：

1.リチャードウィーラー（ゼフィリス）による「ヌクレオソーム構造」–コモンズウィキメディア経由の英語版ウィキペディア（CC BY-SA 3.0）2。コモンズウィキメディア経由の英語版ウィキペディア（CC BY-SA 3.0）のゼフィリスによる「ヌクレオソーム1KX5色分け」 3. Darekk2による「ヌクレオソーム組織」– Commons Wikimediaによる自作（CC BY-SA 3.0）

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