Il nucleosoma è un complesso che comprende un segmento di DNA di 146 o 147 coppie di nucleotidi, avvolto attorno a un cuore costituito da proteine ( istoni ). Negli eucarioti , il nucleosoma costituisce l'unità organizzativa di base della cromatina . Rappresenta il primo livello di compattazione del DNA nel nucleo , la sua geometria è spesso paragonata a quella di un filo avvolto attorno ad una bobina.
Controllando l'accessibilità del doppio filamento del DNA , il nucleosoma è direttamente coinvolto nella regolazione di diversi processi nucleari come la trascrizione , la replicazione o la riparazione del DNA . Aiuta anche a regolare epigenetica di espressione genica , attraverso la modifica delle sue istoni determina la natura attiva o silenziosa certe regioni del genoma , un processo chiamato codice istoni .
La particella centrale del nucleosoma (o nucleo del nucleosoma) è costituita da un nucleo proteico di otto proteine istoniche (due copie ciascuna degli istoni H2A , H2B , H3 e H4 ) attorno alle quali sono avvolte circa 146 paia di basi di DNA. Oltre 1,65 giri. Il tutto forma un cilindro di 11 nm di diametro per 5,5 nm di altezza, per una massa di 205 kDa (istoni e DNA contribuiscono ciascuno alla metà di questa massa).
All'interno della cromatina, le particelle centrali sono separate l'una dall'altra dai cosiddetti segmenti di DNA di collegamento . In senso stretto , il termine nucleosoma si riferisce all'insieme formato da una particella centrale e dal DNA legante adiacente, ma è spesso usato per riferirsi solo alla particella centrale.
La particella centrale costituisce il primo livello di compattazione del DNA: le 146 coppie di basi avvolte attorno all'ottamero degli istoni sono sei volte più compatte di un frammento di DNA nudo della stessa lunghezza.
Il cromatosoma è formato dall'associazione di un istone legante H1 con la particella centrale. L'istone H1 lega il DNA dove entra ed esce dalla particella del cuore. Induce la riunione dei DNA leganti che entrano ed escono su una trentina di paia di basi, limitandone i movimenti e sigillando così il complesso nucleoproteico.
Le proteine diverse dagli istoni H1 sono in grado di legare agenti leganti il DNA. È stato proposto di riferirsi ad esse collettivamente come "proteine leganti" e di estendere la definizione di cromatosoma per includere qualsiasi associazione di una particella centrale con una proteina legante, che sia o meno istone. Si presume che la natura della proteina legante influenzi sia le proprietà del nucleosoma sia la capacità della cromatina di formare strutture di ordine superiore (come la fibra di cromatina di 30 nm ).
La sequenza dei nucleosomi forma un nucleofilamento , chiamato anche fibra di cromatina da 11 nm o pittoricamente "collana di perle". Le particelle centrali appaiono lì separate da segmenti di linker del DNA che variano in lunghezza tra specie e tessuti tra 25 coppie di basi nel lievito in erba e 70 coppie di basi nello sperma degli echinodermi .
Sebbene questa sia la prima struttura della cromatina osservata, il nucleofilamento è tuttavia probabilmente solo un artefatto sperimentale derivante dall'esposizione della cromatina a deboli forze ioniche, la sequenza dei nucleosomi che non assume mai una conformazione estesa anche in condizioni fisiologiche.
Le estremità ammino-terminali degli istoni sporgono all'esterno della parte globulare del nucleosoma e sono soggette a modificazioni covalenti catalizzate da enzimi specifici (istone-acetiltransferasi e istone-deacetilasi, istone-metilasi, istone-chinasi, ubiquitinasi, ecc.). Queste modifiche potrebbero agire sia modificando la compattazione del nucleosoma, sia costituendo un codice che segnala il reclutamento specifico di fattori di trascrizione .
I nucleosomi possono anche essere spostati lungo il DNA sotto l'azione dei complessi di rimodellamento dell'attività del filamento ATPasi , tipo SWI2 / SnF2.
Inizialmente considerato specifico per gli eucarioti , il nucleosoma esiste anche in alcuni archei . Nella maggior parte delle specie di Euryarchaeota sono state identificate proteine omologhe agli istoni eucariotici . Il nucleosoma di Archeano è costituito da un tetramero di questi istoni di Archeano attorno al quale è avvolto un frammento di DNA di circa 60 paia di basi. La struttura di questo nucleosoma tetramerica appare molto simile a quella del tetramero H3 - H4 nel cuore del nucleosoma eucariotico. Svolge le stesse funzioni di compattazione del DNA e regolazione della trascrizione della sua controparte eucariotica.