Nukleosomi med replikacijo

Uvod

Kromatin je kompleks DNA in proteinov. Osnovne strukturne enote kromosoma so nukleosomi. Ti so sestavljeni iz histonskega oktamernega kompleksa, okoli katerega naredi DNA 1,6 obrata, dolgega približno 147 baznih parov.(Li, Burgess, & Zhang, 2012) Osnovna naloga histonov v nukleosomih je zgoščevanje DNA verige v kompaktno strukturo ter omogočanje organizacije DNA v evkromatin in heterokromatin. To je v večini primerov doseženo z metilacijo in acetilacijo histonov, predvsem na lizinskih ostankih. (Whitehouse & Smith, 2013)

Vendar kromatin in z njim nukleosomi niso le stacionarna struktura. Pred vsako celično delitvijo mora celica skozi proces replikacije celotnega genoma, pri čemer nukleosomi predstavljajo oviro za replikacijske vilice. Hkrati imajo histoni pomembno strukturno in funkcionalno vlogo, zato za uspešno replikacijo dednega materiala ni pomembna le natančna podvojitev nukleotidnega zaporedja materinske verige, temveč tudi, da se na obe hčerinski verigi prenesejo informacije, ki jih nosijo histoni.

Raziskovanje dinamike nukleosomov med replikacijo je pokazalo, da se starševski nukleosomi po predhodni disociaciji prerazporedijo po hčerinskih verigah, preostalo pa zapolnijo histoni sintetizirani de novo. Pri tem imajo pomembno vlogo dve skupini proteinov. Prvi so histonski šaperoni, ki omogočajo urejeno izgrajevanje nukleosomov, saj ob vezavi na histone nevtralizirajo njihov naboj in preprečijo nespecifične interakcije z DNA (Mello & Almouzni, 2001). V drugo skupino pa sodijo kromatin preoblikovalni kompleksi, ki s pomočjo hidrolize ATP pretrgajo vezi med histoni in DNA med razgradnjo kromatina ter jih ponovno tvorijo med izgradnjo. (Ransom, Dennehey, & Tyler, 2010)

Razpad nukleosomov

Proteini replisoma so v tesni interakciji z verigo DNA, zato se zdi smiselno, da morajo histoni pred replikacijskimi vilicami popolnoma oddisociirati iz DNA. Raziskave so pokazale, da je 300 bp pred replikacijskami vilicami golih, torej brez vezanih histonov.(Ransom et al., 2010)

Disociacija histonov z DNA poteka v dveh delih. V prvem z nukleosoma disociirata kompleksa H2A-H2B, kar v nasledjem koraku omogoči disociacijo bolj stabilnega (H3-H4)2 tetramera. Predlagana sta dva mehanizma disociacije dimerov H2A-H2B iz nukleosoma. Po prvem na bi se na nukleosom vezal histonski šaperon FACT (facilitates chromatin transcription), ki naj bi omogočil disociacijo dimera. FACT se povezuje tudi s proteini replisoma, predvsem s helikazo MCM in DNA polimerazo 1. Po drugi poti naj bi v disociaciji sodeloval histonski šaperon Nap1, ki naj bi se vezal zgolj na dimera in jih v povezavi z ATP-aznim faktorjem RSC (chromatin structure remodeling complex) ločil iz nukleosoma. (Ransom et al., 2010)Po odcepu dimerov H2A-H2B se iz DNA odcepi še tetramer (H3-H4)2. V tem procesu naj bi sodeloval šaperon Asf1 (anti-silencing factor-1), ki bi tetramere v celoti odcepil.

Bolje raziskana tema je dogajanje, povezano s histoni po njihovi disociaciji iz starševske verige. Ob opazovanju le starih histonov se je izkazalo, da se že obstoječi histoni in s tem modifikacije, ki jih nosijo, razporedijo naključno med obe hčerinski verigi. Po disociaciji dimerov H2A-H2B so (H3-H4)2 tetrameri še vedno stabilni in se prenašajo na novonastali vijačnici brez da bi razpadli.(Annunziato, 2005) Tako naj bi se med replikacijo na novo nastajajoči verigi najprej vezali tetrameri [H3-H4]2, šele kasneje pa dimeri H2A-H2B.(Ransom et al., 2010)

Tak mehanizem bi omogočil tudi prenos epigenetske informacije. Obstoječe modifikacije na starševskih histonih vežejo preoblikovalne komplekse, ki modificirajo bližnje de novo sintetizirane kromosome. (Whitehouse & Smith, 2013)