Nukleozom

A Nukleozom představuje nejmenší balicí jednotku chromozomu. Spolu s linkerovým proteinem a linkerovou DNA patří nukleozomy k chromatinu, materiálu, ze kterého jsou chromozomy vyráběny. V souvislosti s protilátkami proti nukleosomům se mohou vyvinout autoimunitní onemocnění revmatického obvodu.

Co je to nukleozom?

Nukleosomy jsou tvořeny DNA obalenou oktamerem z histonů. Histony jsou určité základní proteinové molekuly, které si vytvářejí silnou vazbu s řetězcem DNA. Zejména bazické aminokyseliny lysin a arginin zajišťují zásaditost histonů.

Zásadité proteiny se mohou pevně vázat na kyselou DNA a tak vytvářet pevně nabitou strukturu nukleosomů. Nukleozom je však pouze nejzákladnější balicí jednotkou chromatinu a tedy chromozomu. Objev nukleosomů se uskutečnil v roce 1973 Donaldem Olinsem a Adou prostřednictvím mikroskopického znázornění opuchlých buněčných jader elektronovým mikroskopem. Byla odhalena tzv. Solenoidová struktura DNA. Je to komprese velkého počtu nukleosomů do chromatinového vlákna.

Toto vlákno vypadá jako stočená cívka. Jednotlivé nukleosomy jsou navzájem spojeny tzv. Linkerovými histony, které jsou vázány na linkerovou DNA, a vytvářejí organizační strukturu nazývanou 30 nm vlákno v chromatinu.

Anatomie a struktura

Nukleozom se skládá ze dvou základních složek, histonů a DNA. Histony zpočátku tvoří oktamer histonu. Jedná se o proteinový komplex osmi histonů.Základními stavebními kameny tohoto komplexu jsou čtyři různé histony. Patří sem proteiny H3, H4, H2A a H2B. Dva identické histony, z nichž každý se spojí do dimeru.

Histonový oktamer se skládá ze čtyř různých dimerů. Sekce DNA se 147 páry párů nyní obalí výsledný proteinový komplex 1,65krát a vytváří levostrannou superhelixovou strukturu. Toto zkroucení DNA zkrátí její délku o sedminu ze 68 nanometrů na 10 nanometrů. Během procesu trávení histonů enzymem DNáza se vytvoří tzv. Jaderná částice jádra, která se skládá z histonového oktameru a fragmentu DNA o 147 párech bází.

Jednotlivé jaderné částice nukleosomu jsou navzájem spojeny linkerovým histonem H1. Histon linkeru je také spojen s linkerovou DNA. Histon H1 zase představuje velké množství proteinových molekul, které se liší v závislosti na tkáni, orgánu a typu. Neovlivňují však strukturu nukleozomu. Když jsou nukleosomy spojeny pomocí linkerového histonu H1 a linkerové DNA, vytvoří se takzvané vlákno 30 nm, což představuje vyšší úroveň organizace DNA.

30nm vlákno je 30 nanometrové chromatinové vlákno ve formě vinuté cívky (solenoidová struktura). Histony jsou velmi konzervativní proteiny, které se během evoluce stěží změnily. Důvodem je jejich zásadní význam pro zajištění a zabalení DNA do všech eukaryotických živých bytostí. Struktura nukleosomů ve všech eukaryotických buňkách je stejná.

Funkce a úkoly

Základní význam nukleosomů spočívá v jejich schopnosti zabalit genetický materiál do nejmenšího prostoru v buněčném jádru a zároveň ho zajistit. I při méně hustých kondenzačních stavech chromozomů je balení stále velmi těsné. Současně se však v tomto případě enzymy dostanou k DNA.

Zde pak mohou zahájit přenos genetické informace do mRNA a syntézu proteinů. Nukleosomy mají také velký význam v epigenetických procesech. Epigenetika je o změnách v aktivitě genů v jednotlivých buňkách, které mimo jiné vedou k diferenciaci buněk těla do různých orgánů. Kromě toho se získané vlastnosti vyvíjejí epigenetickými změnami.

Základní genetická struktura genetického materiálu je však zachována. Různé geny mohou být inaktivovány vazbou na histony nebo methylací a mohou být reaktivovány méně těsným zabalením.

Zde najdete své léky

Nemoci

Existují nemoci, které se vztahují k nukleosomům. Jedná se zejména o autoimunitní onemocnění, při nichž imunitní systém produkuje protilátky proti vlastním proteinům těla. Mimo jiné mohou být ovlivněny také nukleozomy.

Při systémovém autoimunitním onemocnění lupus erythematosus (SLE) představují nukleosomy antigeny, které jsou napadeny vlastním imunitním systémem těla. Při vývoji systémového lupus erythematodes (SLE) hraje roli v patogenezi kombinace genetických faktorů s vlivy prostředí. V séru pacientů se nacházejí zvýšené koncentrace cirkulujících nukleosomů. Volné nukleosomy mohou vyvolat zánětlivé reakce a způsobit buněčnou smrt lymfocytů. Kromě toho může narušené štěpení nukleosomů, například v důsledku geneticky stanovené snížené aktivity deoxyribonukleázy (DNáza1), vést ke zvýšené koncentraci a tím ke zvýšenému riziku rozvoje autoimunitního onemocnění, jako je lupus erythematosus (SLE), které je zaměřeno proti nukleosomům.

Lupus erythematosus (SLE) je charakterizován velmi rozsáhlým klinickým obrazem. Mohou být ovlivněny velmi odlišné orgány. Příznaky se nejčastěji objevují na kůži, kloubech, krevních cévách a pohrudnici. Na pokožce se tvoří typický erytém ve tvaru motýla. To je umocněno slunečním zářením. Kromě vypadávání vlasů se také zanícují malé krevní cévy. Raynaudův syndrom (bílé až namodralé zabarvení kůže) je pozorován při vystavení chladu. Rozvíjí se také rozsáhlý zánět kloubů. Pokud se jedná o ledviny, prognóza onemocnění se zhoršuje kvůli riziku selhání ledvin.