Een nucleosoom vertegenwoordigt de kleinste verpakkingseenheid van een chromosoom. Samen met het linker-eiwit en het linker-DNA maken nucleosomen deel uit van chromatine, het materiaal waaruit het bestaat chromosomen. auto-immuunziekten van de reumatische cirkel kan zich ontwikkelen in samenhang met antilichamen aan nucleosomen.
Wat is een nucleosoom?
Nucleosomen zijn samengesteld uit DNA dat rond een octameer van histonen is gewikkeld. Histonen zijn bepaalde basiseiwitten moleculen die een sterke bindende kracht ontwikkelen aan de DNA-keten. Met name de overvloedige basis aminozuren lysine en arginine bieden de basiciteit van histonen. De basis eiwitten kan stevig aan het zure DNA binden om de dicht opeengepakte structuur van de nucleosomen te vormen. Het nucleosoom is echter slechts de meest elementaire verpakkingseenheid van chromatine en dus van het chromosoom. De ontdekking van nucleosomen werd in 1973 gedaan door Donald Olins en Ada via elektronenmicroscopische beeldvorming van gezwollen celkernen. Dit onthulde de zogenaamde solenoïdestructuur van DNA. Dit is de condensatie van een groter aantal nucleosomen tot een chromatine vezel. Deze vezel ziet eruit als een opgerolde spoel. De afzonderlijke nucleosomen zijn met elkaar verbonden door de zogenaamde linkerhistonen, die zijn gebonden aan het linker-DNA, en vormen een organisatiestructuur in chromatine die bekend staat als een 30-nm-vezel.
Anatomie en structuur
Het nucleosoom bestaat uit twee basiscomponenten, histonen en DNA. De histonen vormen eerst een histon-octameer. Dit vertegenwoordigt een eiwitcomplex van acht histonen. De basisbouwstenen van dit complex zijn vier verschillende histonen. Deze omvatten de eiwitten H3, H4, H2A en H2B. Twee histonen van hetzelfde type combineren elk om een dimeer te vormen. De histone octameer bestaat op zijn beurt uit de vier verschillende dimeren. Een DNA-segment met 147 basenparen wikkelt zich nu 1.65 keer rond het resulterende eiwitcomplex en vormt een linkshandige superhelixstructuur. Deze kronkeling van het DNA verkort de lengte met een zevende van 68 nanometer tot 10 nanometer. De vertering van de histonen door het enzym DNase resulteert in het zogenaamde nucleosoomkerndeeltje, dat bestaat uit het histon-octameer en een DNA-fragment van 147 basenparen. De afzonderlijke kerndeeltjes van het nucleosoom zijn met elkaar verbonden door de linker histon H1. De linker-histon is tegelijkertijd gekoppeld aan het linker-DNA. Histon H1 vertegenwoordigt op zijn beurt een verscheidenheid aan eiwitten moleculen die variëren afhankelijk van het weefsel, orgaan en soort. Ze hebben echter geen invloed op de structuur van het nucleosoom. Wanneer nucleosomen worden samengevoegd door linker histon H1 en linker DNA, wordt de zogenaamde 30nm-vezel gevormd, die een hoger niveau van organisatie van DNA vertegenwoordigt. De 30 nm-vezel is een 30 nanometer dikke chromatinevezel die de vorm heeft van een opgerolde spoel (solenoïde-structuur). Histonen zijn erg conservatief eiwitten die in de loop van de evolutie nauwelijks zijn veranderd. Dit komt door hun fundamentele belang bij het veiligstellen en verpakken van DNA in alle eukaryote organismen. De structuur van nucleosomen is dus ook hetzelfde in alle eukaryote cellen.
Functie en rollen
Het fundamentele belang van nucleosomen ligt in hun vermogen om genetisch materiaal in de kleinst mogelijke ruimte in de celkern te stoppen en tegelijkertijd veilig te houden. Zelfs in minder dichte condensatietoestanden van chromosomen, zeer strakke verpakking is nog aanwezig. Tegelijkertijd enzymen bereik in dit geval het DNA. Hier kunnen ze vervolgens een overdracht van genetische informatie naar mRNA initiëren, evenals de synthese van eiwitten. Nucleosomen spelen ook een belangrijke rol bij epigenetische processen. Epigenetica houdt zich bezig met veranderingen in de activiteit van genen in individuele cellen, die leidenonder andere op de differentiatie van lichaamscellen in verschillende organen. Bovendien worden verworven kenmerken gevormd door epigenetische veranderingen. De genetische basisstructuur van het erfelijk materiaal blijft echter intact. Verschillende genen kunnen echter worden geïnactiveerd door sterke binding aan histonen of door methylering, en ook worden gereactiveerd door een minder dichte verpakking.
Ziekten
Er zijn ziekten die verband houden met nucleosomen. Dit zijn voornamelijk autoimmuunziekten waarin de immuunsysteem produceert antilichamen tegen lichaamseigen eiwitten. Onder andere nucleosomen kunnen ook worden aangetast, dus bij de systemische auto-immuunziekte lupus erythematosus (SLE), nucleosomen vertegenwoordigen antigenen die worden aangevallen door die van het lichaam immuunsysteem. Bij de ontwikkeling van systemisch lupus erythematosus (SLE) speelt de combinatie van genetische factoren met omgevingsinvloeden waarschijnlijk een rol bij de pathogenese. Verhoogde niveaus van circulerende nucleosomen worden gevonden in het serum van patiënten. De vrije nucleosomen kunnen ontstekingsreacties induceren en celdood induceren lymfocyten. Bovendien kan een verminderde afbraak van nucleosomen, bijvoorbeeld als gevolg van een genetisch verminderde activiteit van deoxyribonuclease (DNase1), leiden naar hun toegenomen concentratie en dus op een verhoogd risico op het ontwikkelen van een auto-immuunziekte gericht tegen nucleosomen, zoals lupus erythematosus (SLE). Lupus erythematosus (SLE) wordt gekenmerkt door een zeer uitgebreid klinisch beeld. Er kunnen heel verschillende organen worden aangetast. Meestal verschijnen de symptomen op de huid, gewrichten, bloed schepen en riep. Een typische vlinder-vormige erytheem vormt zich op de huid. Dit wordt versterkt door blootstelling aan zonlicht. In aanvulling op haaruitval, er is ook ontsteking van de kleine bloed schepen. Bij blootstelling aan koud, Raynaud-syndroom (witte tot blauwachtige verkleuring van de huid) is geobserveerd. Verder uitgebreid ontsteking van de gewrichten ontwikkelt. Als de nieren erbij betrokken zijn, verslechtert de prognose van de ziekte door het risico van nierfalen.
