核小体

取自 食品百科全书

开放分类： 生物学、分子生物学、遗传学、DNA、细胞生物学

核小体由DNA和组蛋白(histone)构成。由4种组蛋白H2A、H2B、H3和H4， 每一种组蛋白各二个分子，形成一个组蛋白八聚体，约200 bp的DNA分子盘绕在组蛋白八聚体构成的核心结构外面，形成了一个核小体。这时染色质的压缩包装 比(packing ratio)为6左右，即DNA由伸展状态压缩了近6倍。200 bpDNA为平均长度；不同组织、不同类型的细胞，以及同一细胞里染色体的不同区段中，盘绕在 组蛋白八聚体核心外面的DNA长度是不同的。如真菌的可以短到只有154 bp，而海胆精子的可以长达260bp，但一般的变动范围在180bp到200bp之间。在这 200bp中，146 bp是直接盘绕在组蛋白八聚体核心外面，这些DNA不易被核酸酶消化，其余的DNA是用于连接下一个核小体。连接相邻2个核小体的DNA分子上结合了另一种组蛋白H1。组蛋白H1包含了一组密切相关的蛋白质，其数量相 当于核心组蛋白的一半，所以很容易从染色质中抽提出来。所有的H1被除去后 也不会影响到核小体的结构，这表明H1是位于蛋白质核心之外的。 核小体的形状类似一个扁平的碟子或一个圆柱体，直径为11 nm，高6 nm。染色质就是由一连串的核小体所组成。当一连串核小体呈螺旋状排列构成纤丝状时，DNA的压缩包装比约为40。纤丝本身再进一步压缩后，成为常染色质的状态时，DNA的压缩包装比约为1000。有丝分裂时染色质进一步压缩为染色体，压缩包装比高达10 000，即只有伸展状态时长度的万分之一。 染色体是一个独立行动的结构单位，在细胞分裂时传递给子细胞一份染色体拷贝。因此每条染色体必须能复制，所复制的拷贝最后分离并被正确地分配到两个子细胞中。这些基本功能是由真核生物染色体三种特定的DNA序列所控制，即DNA复制起点、着丝粒和端粒。

从DNA到染色体不论是形态还是长度都相差很大。人类最长的第一个染色体全长仅10mm，但其DNA却长达7.2cm；一个细胞核直径仅5nm，在这样一个小小的空间中却要纳下全长近200cm的DNA，人们不禁要问DNA如何形成染色体，纳入小小的核中。解决这个问题同样是由很多科学家差不多经过20年的努力，最终提出了为大多数能接受的模型¾侧环模型。

早在1956年为双螺旋模型提供X衍射证据的Wilkins和另一位科学家Vittorio Luzzati对染色质进行了X衍射研究，发现染色质中具有间隔为100Å的重复性结构。蛋白质和DNA本身的结构从来不会表现出这种重复性。推测可能是组蛋白和DNA的结合方式迫使DNA折叠或缠绕成具有100Å周期的重复结构。

Clark和Felsenfeld于1971年首先用葡萄球菌核酸酶(Staphylococcal nuclease)来作用染色质，发现有一些区域对核酸酶敏感，有一些则不敏感，不敏感的区域比较均一，这暗示染色体中存在着某些亚单位。接着Hewish和Burgoyun（1973年）用内源核酸酶消化细胞核，再从核中分离出DNA，结果发现一系列DNA片段，它们相当于长约200bp的一种基本单位的多聚体。表明组蛋白结合在DNA，以一种有规律的方式分布，以致产生对核酸酶敏感的只是某些限定区域。M.Noll（1974年）用外源核酸酶处理染色质，然后进行电泳，证实了以上结果，他测得前三个片段的长度分别为205，405，605bp长，每个片段相差200bp，即染色质可能以200bp为一个单位。这正好和以下电镜观察的结果相映证。

与此同时Olins夫妇（1974）和Pierre Chambon等（1975）在电镜下观察到大鼠胸腺和鸡肝染色质的“绳珠”状结构，小球的直径为100 Å,Olins并把这种小球称为n小体(n-body即nu body)，有时译成钮体。

X衍射图表明组蛋白的多聚体都是紧密相联，并无可容纳像DNA分子那样大小的孔洞，所以不可能由DNA之“绳”穿过组蛋白之“珠”，而只可能是DNA缠绕在“珠”的表面。

电泳的结果和电镜观察到“绳珠”结构之间是什么样的关系呢？Kornberg和Thomas 1974年用实验回答了这一问题。他们先用小球菌核酸酶稍稍消化一下染色质，切断一部分200核苷酸对单位之间的DNA，使其中含有单体、二聚体、三聚体和四聚体等。然后经离心将它们分开。每一组再通过凝胶电泳证明其分子大小及纯度。然后分别用电镜来观察各组的材料；结果单体均为一个100Å 的小体，二聚体则是两个相联的小体，同样三聚体和四聚体分别由三个小体和四个小体组成，表明200核苷酸的电泳片段长度级差正好是电镜观察到的一个：“绳珠”单位，他们称其为核小体（nucleosome）或核粒，提出了染色质结构的“绳珠”模型。

人们接着用化学交联、高盐分离组蛋白，以及X衍射等方法进一步研究组蛋白多聚体的结构、排列以及怎样和DNA结合的，从而建立了核小体模型。1984年Klug和Butler进行了修正。核小体的构造可用图表示：

每一个核小体结合的DNA总量为200bp左右，一般在150~250变化范围（micrococcal nuclease)轻微消解染色质而得知的。连接两个核小体的连接DNA (linker DNA) 是最容易受到这种酶的作用，因此微球菌核酸酶在连接DNA处被切断，此时每个重复单位的DNA长约200bp，而且是和五种组蛋白相结合，保持着核小体的结构。也就是“绳珠”结构的绳被切断，剩下一个一个的“珠”。 核小体是染色体的基本单位

抗核小体抗体(AnuA)

核小体是细胞染色质中的一种成分，它是由DNA和组蛋白以特殊的方式相连而组成的。在系统性红斑狼疮的诱导和致病中有重要作用。

临床意义：抗核小体抗体比抗dsDNA抗体、抗组蛋白抗体更早出现于系统性红斑狼疮的早期，并且特异性较高。阳性率为50-90%，特异性>98%。

每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1；组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构；146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈, 组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bp DNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。 包括组蛋白H1和166bp DNA的核小体结构又称染色质小体；两个相邻核小体之间以连接DNA相连，典型长度60bp，不同物种变化值为0～80bp；组蛋白与DNA之间的相互作用主要是结构性的，基本不依赖于核苷酸的特异序列，实验表明，核小体具有自组装 (self-assemble) 的性质；核小体沿DNA的定位受不同因素的影响，进而通过核小体相位改变影响基因表达。： 其功能与染色质的浓缩有关，且能够进行自装配。