ヌクレオソーム
近年、部位特異的ジスルフィド架橋によって安定性が向上したヌクレオソームコア粒子を生産することが可能となっている。ヌクレオソームコア粒子には2つの異なる架橋が導入可能である。1つ目はH2AにN38Cの変異を導入することで2つのH2Aの間を架橋するもので、ヌクレオソーム再構成時のH2A-H2B二量体の喪失に対して安定となる。2つ目はH3のN末端テールとヌクレオソームのDNAの末端に導入した改変ヌクレオチドとの間の架橋である。DNA-ヒストン八量体間の架橋は、非常に低い粒子濃度や高い塩濃度でのDNAの解離に対して安定となる。
ヒストン修飾は1960年代半ばに発見されて以降、転写に影響を与えることが予測されてきた。初期に発見された翻訳後修飾の大部分はヌクレオソームのコアから突出したテール部分に集中していたことから、ヒストン修飾の機構に関する2つの主要な仮説が導かれた。1つ目の仮説は、ヒストン修飾はヒストンテールとDNAの間の静電的相互作用に影響を与え、クロマチン構造を緩めるというものである。その後、こうした修飾は他のタンパク質をリクルートするための結合エピトープを形成するという仮説が提唱された。近年、ヒストンの構造領域にも多くの修飾が発見されており、こうした修飾がヌクレオソームコア内部のヒストン-DNA間相互作用やヒストン-ヒストン間相互作用に影響を与えることが提唱されている。アセチル化やリン酸化など、ヒストンコアの電荷を減らす修飾はコアとDNAの結合を緩めることが予測される。その影響の大きさはコア内の修飾の位置に依存している。一部の修飾は遺伝子のサイレンシングと相関しており、他のものは遺伝子の活性化と相関しているようである。一般的な修飾としては、リジンのアセチル化、メチル化、ユビキチン化、アルギニンのメチル化、セリンのリン酸化である。このようにして保存された情報は、DNAにはコードされていないものの娘細胞に遺伝するため、エピジェネティックな遺伝とみなされる。遺伝子の抑制状態や活性化状態の維持は、細胞分化の過程で必要となることが多い。
小田 琢三「SV40クロマチンの構造と機能」『生物物理』第20巻第3号、日本生物物理学会、1980年5月25日、163-173頁、doi:10.2142/biophys.20.163、2020年7月14日閲覧。
B. Alberts他 著(中村桂子他 翻訳)『細胞の分子生物学 第5版』ニュートンプレス、2010年。
B. Alberts他 著(中村桂子・松原謙一 監訳)『Essential 細胞生物学 第3版』南江堂、2011年。
平岡泰・原口徳子 編『染色体と細胞核のダイナミクス』化学同人、2013年。
平野達也・胡桃坂仁志 編(実験医学増刊号)『教科書を書き換えろ!染色体の新常識』羊土社、2018年。
ヒストンは進化の過程で顕著に保存されているが、いくつかのバリアントが同定されている。このヒストンの機能の多様化はH2AとH3にほぼ限られており、H2BとH4はほぼ不変である。H2AはH2A.Z(ヌクレオソームの安定性の低下をもたらす)またはH2A.X(DNA修復やT細胞の分化と関係する)によって置き換えられる場合があり、哺乳類の不活性化X染色体にはmacroH2A(英語版)が多く存在する。H3はH3.3(活発な遺伝子や調節エレメントと相関する)に置き換えられる場合があり、セントロメアではH3はCENPAによって置き換えられる。