DNA im Zellkern Flashcards
Chromatin
= DNA + Proteine (davon > 50 % Histone)
- dichte Packung von Partikeln erkennbar, „Perlenkette“ = 10-nm-Faser
Perlen = Nukleosomen
Die 10-nm-Faser
- nur in Eukaryoten (in Prokaryoten Nukleoid)
• Nukleosom aus Histonkern + 1,65mal darum gewickelte Kern-DNA
• Histone gleichen negative Ladung der DNA aus, erlauben eine enge Wicklung / Faltung
• Kern-DNA immer gleich lang ca. 147 bp
• Verbindungs-DNA zwischen Nukleosomen je nach Spezies 20 – 60 bp lang - Packung um Faktor 6 (packing ratio)
ABBILDUNG
Nukleosomen: Histonkern
• fünf Standard-Histone: H1, H2A, H2B, H3 und H4
• oktamerer Histon-Kern aus je 2x Histon H2A, H2B, H3 und H4
• Histon H1 bindet an Verbindungs-DNA (Verbindungshiston)
• kleine Proteine mit hohem Anteil positiv geladener
Aminosäuren
• N-terminale Schwänze ragen aus dem Nukleosom heraus,
Orte umfangreicher Modifizierungen
• Histonvarianten: z.B. CENP-A statt H3 an Zentromer-DNA
Assemblierung
Zusammenlagerung
self assembly
= Bildung von Nukleosomen - ohne DNA: H3-H4-Dimer (zu H3-H4-Tetramer) H2A-H2B-Dimer - Assoziation mit DNA: H3-H4-Tetramer bindet an DNA-Abschnitt+ zwei H2A-H2B-Dimere --> Nukleosom ABBILDUNG
Der Histonkern krümmt die DNA
• H3-H4-Tetramer bindet zentralen Abschnitt
und beide Enden der Kern-DNA
- starke Krümmung der DNA erleichtert Bindung der
H2A-H2B-Dimere
• Bindung durch ca. 40 Wasserstoffbrückenbindungen
unspezifisch, weil:
- hauptsächlich zum Zucker-Phosphat-Rückgrat
- und zu Basen in der kleinen Furche
• Krümmung stark begünstig durch positiv geladene
Histone, Ausgleich der negativen DNA-Ladung
• Histonschwänze bilden schraubenähnliche
Gewindefurche –> negative toroidale Überspiralisierung
Das Histon H1
bindet gleichzeitig an
- 20 bp der Verbindungs-DNA auf einer Seite des Nukleosoms
- und an die Mitte der Kern-DNA desselben Nukleosoms
- -> Wicklung wird fester und enger
Nukleosomen sind dynamische Strukturen
viele DNA-bindende Proteine können ihre Bindungsstelle nur erkennen, wenn die DNA nukleosomenfrei ist
• Nukleosomen-Umlagerungskomplexe: verschieben die Nukleosomen
• Nukleosomen-Positionierung: Bindestelle wird gezielt
nukleosomenfrei gehalten (bleibt in der Verbindungs-DNA)
oder Bindestelle wird gezielt maskiert (wird zu Kern-DNA)
• Modifizierungen der Histonschwänze:
- Lysinreste oft acetyliert oder methyliert
- Argininreste oft methyliert
- Serinreste oft phosphoryliert
–> Repression oder Aktivierung der Transkription,
DNA-Reparatur, Apoptose, Packung, …
ABBILDUNG
Epigenetik: Histonmodifikationen
• nach Replikation wird DNA rasch wieder in Nukleosomen verpackt
• Histon-Untereinheiten werden auf Leit- und Folgestrang verteilt
- Modifikationen werden an beide Stränge weitergegeben
• Modifizierer = Enzyme, die Modifikationen anlegen
• Leser = Enzyme / Proteine, die die Modifikation(en) erkennen, z.B.:
• Proteine mit Bromodomäne erkennen acetylierte
Histonschwänze
• Proteine mit Chromodomäne, TUDOR-Domäne, PHD-Finger erkennen methylierte Histonschwänze
• Proteine mit SANT-Domäne erkennen unmodifizierte
Histonschwänzen
• Löscher = Enzyme, die die Modifikationen wieder entfernen
30nm-Faser
= bei hoher Ionenkonzentration kann 10nm-Faser Spirale von 30nm bilden
- dafür ist Histon H1 nötig, um das sich Faser wickelt
- Länge der DNA wird um Faktor 40 reduziert
ABBILDUNG
von der DNA zum Chromosom
allgemein anerkanntes Modell:
Schleifen von 40-90 kb sind mit Proteingerüst verknüpft
Proteingerüst aus ?
Typ-II-Topoisomerasen und SMC-Proteine beteiligt
PR
= packing ratio
= Packungsverhältnis / Packungsgrad der DNA
Alternative zur 30-nm-Faser: fraktale Globuli
verbogene und geknickte 10-nm-Faser bildet eine Reihe von Globuli,
die sich zusammenballen zu größeren Globuli,
die sich zu noch größeren Globuli zusammenballen usw.
- ,,offene” / ,,geschlossene” Chromatin Domänen
FISH
Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung
chromosome territories
= die Tendenz, dass nichtbenachbarte
Loci eines Chromosoms räumlich
nebeneinander liegen
