[왓슨 분자생물학] 8장 유전체, 염색질, 뉴클레오솜-5

8.12 고단계의 염색질 구조

1) 이질염색질, 진정염색질

- 이질염색질 : 응축. 말단소체와 동원체 포함. 뉴클레오솜이 조직체(Organized)

- 진정염색질 : 열린구조. 높은 유전자 발현. 뉴클레오솜이 비조직화.

 

2) 히스톤 H1(연결히스톤) linker DNA 에 결합

- DNA이중가닥에 결합하는 특성. H1의 2개 부위에 결합. DNA를 지그재그로 구조변화.

- DNA와 8량체 히스톤 간의 접촉을 강하게 해준다. DNA 사이의 각도를 더 제한해준다.

 

3) 30nm 섬유형성 (약 40배 DNA 압축효과)

- DNA가 30nm 섬유를 형성하게 하는 히스톤 H1 → 효소들이 접근하기 어려움

- 이 구조는 솔레노이드 모델 (통과하지 않음), 지그재그 모델(중심축 통과, 효소접근 용이)이 있다.

- 히스톤 꼬리는 30 nm 섬유형성에 필요.(인접 뉴클레오솜과 상호작용하여 30nm 섬유안정화)

- 이 구조는 H2A, H3,H4의 아미노꼬리가 결정체 격자내에 인접한 뉴클레오솜과 상호작용

 

4) 뉴클레오솜 DNA의 고리의 압축효과

- DNA 추가 압축에는 뉴클레오솜 DNA의 고리가 관여

- 핵 뼈대 단백질 구조(Topo II, SMC) 에 의해 30nm 섬유고정되어 추가 접힘이 가능해짐 → DNA와 상호작용 토대 제공

 

5) 히스톤 변이체

- H2A.X : H2A 변이체, DNA 손상시 H2A.X가 손상부위에 위치하여 인산화 됨 → DNA 수선효소들이 인식

- CENP-A : 히스톤 H3를 대신한다. 꼬리에 방추사부착점 단백질이 결합할 수 있는 CENP-C 결합자리를 마련한다

 

8.13 뉴클레오솜의 조립

1) DNA 복제 후 즉시 조립된다

- DNA 복제 → DNA와 H3-H4 4량체와 결합 → H2A-H2B 2량체와 결합

- 염색체 복제하기 위해 적어도 뉴클레오솜 절반은 새로 합성해야한다(오래된 히스톤은 모든 딸세포에 존재)

- H3,H4 4량체는 재사용. H2A,H2B는 방출되고 새로합성

 

2) 뉴클레오솜 조립에는 히스톤 샤페론이 필요

- 샤페론 (AF-1) : 음전하를 띠는 단백질. 4량체나 2량체와 복합체를 형성 → 히스톤을 뉴클레오솜 합성 장소로 안내함

- PCNA : 활주클램프. 뉴클래오솜 조립의 신호(표지).

       DNA 이중나선 주위에 고리 형성 → DNA 중합효소를 DNA에 고정(복제후에는 DNA 중합효소와 분리되지만,                       DNA는 여전히 연결(PCNA는 다른 단백질과 상호작용함) → CAF-1과 PCNA 결합 → H3-H4 4량체를 DNA에 조립 →           CAF-1 단백질이 뉴클레오솜 합성을 지시

 

표 8-8 히스톤 샤페론의 특징

이름	소단위 수	히스톤 결합	활주클램프와의 상호작용
CAF-1	4	H3-H4	Yes
HIRA	4	H3-H4	No
RCAF	1	H3-H4	No
NAP-1	1	H2A-H2B	No

 

 

8.14 염색질 구조의 조절

1) DNA와 히스톤과 역동적 상호작용

- 히스톤 8량체와 DNA와 결합은 영원하지 않다. 분리 가능

- 뉴크레오솜 DNA 말단 그처 결합자리는 효소나 단백질의 접근이 용이 (DNA가 히스톤에 풀려야 용이)

 

2) 뉴클레오솜-리모델링단백질 복합체 역할

- ATP 가수분에 에너지 사용 → 뉴클레오솜 위치, DNA상호작용 변화 : ①미끄러짐, ②방출, ③2량체 교체 - 뉴클레오솜-리모델링단백질 복합체 : ①DNA 미끄러짐을 촉매. 히스톤8량체의 표면을 DNA가 따라감

② 방출

③ 2량체교체 (H2A/H2B)

- ATP 의존이라 ATP-가수분해 소단위 포함, DNA 결합된 전사인자와 상호작용

- 위치결정의 다른 원인은 히스톤 소단위 자체의 특정한 변형 부위와 상호작용에 유도

 

3) 뉴클레오솜 위치 고정

- 위치고정은 조절단백질결합자리를 연결 DNA 부위에 남아있게 한다.(항상 쓰는 DNA부분이라서)

- 특히 전사개시부위 앞쪽이 linker DNA 부위로 고정한다.

- DNA 위치고정은 ① DNA 결합단백질 , ② 특정 DNA 염기서열에 의해 결정

- 가장 많이 사용하는 방법은 ① 뉴클레오솜과 DNA 결합자리사이의 경쟁 이용

① DNA 결합단백질 2개가 150 bp 이하에 위치하면 뉴클레오솜이 없는 상태가 된다. 일부 DNA 결합단백질이 뉴클레오솜과 결합 → DNA 결합자리에 인접한 곳부터 뉴클레오솜 형성 확인

② AT-rich DNA는 작은 홈 쪽으로 구부러지는 성질 → 뉴클레오솜과 결합친화도가 높다(고정)

GC-rich DNA는 히스톤 8량체와 만나지 않으려 한다. AT-rich DNA는 전사개시 지시부위에 발견.

 

4) 히스톤 아미노말단꼬리의 변형(압축정도 변화)

- 말단꼬리의 리신은 1개 아세틸화⋅1개 메틸화 변형, 아르기닌은 3개 메틸화 변형

- 세린과 트레오닌은 인산기에 의해 변형

- H4 말단꼬리 8번과 16번 리신 아세틸화 → 유전자발현

                       5번과 12번 리신 아세틸화 → H4 표지하여 새 뉴클레오솜 형성 부위

  H3 말단꼬리 4번과 36번 or 79번 리신 메틸화 → 유전자발현

                         9번 or 27번 리신 메틸화 → 전사 억제

- 아세틸화, 메틸화는 양전하를 감소시킨다 : DNA 느슨하게 함

   H4꼬리 아세틸화는 30nm 섬유로의 통합

 

5) 특정 효소들이 히스톤 변형 담당

- 히스톤 아세틸전이효소(HAT) : 히스톤에 아세틸 첨가. 탈아세틸화 효소(HDAC)가 아세틸 제거

- 히스톤 메틸전이효소(HMT) : 히스톤에 메틸 첨가

- 뉴클레오솜 리모델링 복합체처럼 DNA에 결합한 전사인자와의 상호작용이나 변형 뉴클레오솜과 작용할 수 있다.

- 아미노말단꼬리 변형과 뉴클레오솜 리모델링 조합은 DNA 접근성을 크게 변화 → 미끄러짐,풀림 유발

 

 

 

참고문헌 :  Watson. (2014). 왓슨 분자생물학(7판). (주)바이오사이언스출판