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Vom Gen zum Protein

Chromatin-Struktur und Transkriptionskontrolle

Definition
Chromatin ist die am stärksten kondensierte Form der DNA. Die DNA ist hier in Nucleosomen organisiert, die aus einem oktameren Proteinkomplex bestehen (je zwei Moleküle der Histone H2A, H2B, H3 und H4).
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Abb.1
Nucleosom

(Abbildung modifiziert nach: Alberts et al., 2002)

Abb.2
3D-Modell eines Histon-DNA-Komplexes

PDB-Code: 1EQZ

Abb.3
Histonschleifen

(Abbildung modifiziert nach: Alberts et al., 2002)

Ein Nucleosom ist ein Komplex aus acht Histonproteinen, um den sich ca. 200 Nucleotide DNA winden. Die einzelnen Nucleosomen sind über das Histon H1 miteinander verbunden.

Jeweils sechs Nucleosomen bilden eine Windung der 30-nm-Faser, die die nächste Ebene der Chromosomen-Kondensation darstellt. Diese Faser wird durch andere, Nicht-Histon-Proteine weiter kondensiert und in Schleifen gelegt. Durch die extrem dichte Packung ist die DNA weniger gut zugänglich für Transkriptionsfaktoren.

Abb.4
Organisation der DNA

Die DNA wird über mehrere Stufen verpackt und bildet schließlich das hoch kondensierte Mitose-Chromosom.

(Abbildung> modifiziert nach: Alberts et al., 2002)

Abb.5
3D-Animation zum Aufbau des Chromatins
© Wiley-VCH

Die extrem dichte Verpackung der DNA im Chromatin behindert die Interaktion der DNA mit Proteinen wie z.B. den Transkriptionsfaktoren, entsprechend ist die Transkriptionsrate kondensierter DNA gegenüber nicht-kondensierter DNA reduziert.

Die Histone selbst können noch weitere Proteine (Nicht-Histon-Proteine) binden und auch selbst phosphoryliert, acetyliert oder methyliert werden. Diese Proteinmodifikationen beeinflussen ebenfalls die Zugänglichkeit der entsprechenden DNA-Bereiche.

Während der Chromatin-Kondensation wird beispielsweise das Histon H1 dephosphoryliert und so die Transkriptionsrate gesenkt (silencing). Die Acetylierung von Lys-Resten in den Histonen H3 und H4 aktiviert die Transkription hingegen, da durch die Acetylierung auch eine Auflockerung der Chromatin-Struktur erfolgt.

(Abbildungen modifiziert nach: Alberts et al., 2002)

Literatur

Widom, J. (1998): Structure, dynamics, and function of chromatin in vitro. In: Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct.. 27 , 285-327
Alberts, B.; Bray, D.; Lewis et al., J. (2002): Molecular Biology of the Cell. , ISBN: 0-8153-4072-9

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