Nucleosomal packaging of eukaryotic DNA and regulation of transcription

Abstract

The eukaryotic nucleus harbors genomic DNA, which is tens of thousands of times greater in linear size than the nuclear diameter. Its high condensation is due to DNA packaging in chromatin, and DNA wrapping around nucleosomal globules is a key step in the process. A histone octamer, which forms the nucleosomal globule, interacts with DNA via electrostatic contacts. DNA–histone interactions are rather tight and prevent nucleosomal DNA from being accessed by various enzymes and transcription factors. At the same time, nucleosomes do not prevent transcription and other processes related to the genetic function of DNA. The review considers the structure and diversity of nucleosomes and the central role they play in regulating transcription. Special emphasis is placed on how internucleosomal interactions contribute to genome accessibility to transcription machinery and how nucleosomes are removed from regulatory elements and transcription units in a controlled manner during transcription elongation.

Ядра евкаріотних клітин містять геномну ДНК, лінійні розміри якої у десятки тисяч разів перевищують їхній діаметр. Багато в чому такий високий ступінь компактизації забезпечується упаковкою ДНК у хроматин, ключовим етапом якої є намотування ДНК на нуклеосомні глобули. Октамер гістонів, які складають нуклеосомну глобулу, взаємодіє з ДНК за посередництвом електростатичних контактів. ДНК-гістонові взаємодії достатньо міцні і утруднюють доступ до нуклеосомної ДНК багатьох ферментів і транскрипційних факторів. У той же час наявність нуклеосом не перешкоджає проходженню транскрипції та інших процесів, пов’язаних з реалізацією генетичних функцій ДНК. В огляді розглянуто структуру і розмаїття нуклеосом та їхню центральну роль у регуляції транскрипції. Особливу увагу приділено значенню міжнуклеосомних взаємодій у забезпеченні доступності геному для транскрипційної машинерії, а також регульованому видаленню нуклеосом з регуляторних елементів і транскрипційних одиниць в процесі елонгації транскрипції.

Ядра эукариотических клеток содержат геномную ДНК, линейные размеры которой в десятки тысяч раз превышают их диаметр. Во многом такая высокая степень компактизации обеспечивается упаковкой ДНК в хроматин, ключевым этапом которой является наматывание ДНК на нуклеосомные глобулы. Октамер гистонов, составляющих нуклеосомную глобулу, взаимодействует с ДНК посредством электростатических контактов. ДНК-гистоновые взаимодействия достаточно прочны и затрудняют доступ к нуклеосомной ДНК многих ферментов и транскрипционных факторов. В то же время наличие нуклеосом не препятствует прохождению транскрипции и других процессов, связанных с реализацией генетических функций ДНК. В настоящем обзоре рассмотрены структура и многообразие нуклеосом и их центральная роль в регуляции транскрипции. Особое внимание уделено значению межнуклеосомных взаимодействий в обеспечении доступности генома для транскрипционной машинерии и регулируемому удалению нуклеосом с регуляторных элементов и транскрипционных единиц в процессе элонгации транскрипции.