Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers

Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers

Studies on the chromatin nucleosome organization play an ever increasing role in our comprehension of mechanisms of the gene activity regulation. This minireview describes the results on the nucleosome conformational flexibility, which were obtained using magnetic tweezers to apply torsion to oligon...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Вiopolymers and Cell
Datum:2010
1. Verfasser: Sivolob, A.V.
Format: Artikel
Sprache:English
Veröffentlicht: Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2010
Schlagworte:
Reviews
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154184
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers / A.V. Sivolob // Вiopolymers and Cell. — 2010. — Т. 26, № 5. — С. 351-359. — Бібліогр.: 63 назв. — англ, рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-154184
record_format dspace
spelling Sivolob, A.V.
2019-06-15T09:39:58Z
2019-06-15T09:39:58Z
2010
Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers / A.V. Sivolob // Вiopolymers and Cell. — 2010. — Т. 26, № 5. — С. 351-359. — Бібліогр.: 63 назв. — англ, рос.
0233-7657
DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000169
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154184
577.323
Studies on the chromatin nucleosome organization play an ever increasing role in our comprehension of mechanisms of the gene activity regulation. This minireview describes the results on the nucleosome conformational flexibility, which were obtained using magnetic tweezers to apply torsion to oligonucleosome fibers reconstituted on single DNA molecules. Such an approach revealed a new structural form of the nucleosome, the reversome, in which DNA is wrapped in a right-handed superhelix around a distorted histone octamer. Molecular mechanisms of the nucleosome structural flexibility and its biological relevance are discussed.
Дослідження нуклеосомної організації хроматину відіграє все більшу роль у розумінні механізмів регуляції генетичної активності. У представленому огляді описано результати вивчення конформаційної рухливості нуклеосом, отримані в експериментах з магнітним пінцетом – приладом, за допомогою якого можна індукувати торсійні деформації в олігонуклеосомних фібрилах, реконструйованих на індивідуальних молекулах ДНК. Такий підхід дозволяє виявити нову структурну форму нуклеосоми – реверсому, у складі якої ДНК формує праву суперспіраль на поверхні перебудованого октамеру гістонів. Обговорюються молекулярні механізми та біологічне значення структурної рухливості нуклеосом.
Исследование нуклеосомной организации хроматина приобретаетет все большее значение для понимания механизмов регуляции генетической активности. В настоящем обзоре описаны результаты изучения конформационной подвижности нуклеосом, полученные в экспериментах с магнитным пинцетом – устройством, при помощи которого можно сообщать торсионные деформации олигонуклеосомным фибриллам, реконструированным на индивидуальных молекулах ДНК. Такой подход позволяет обнаружить новую структурную форму нуклеосомы – реверсому, в которой ДНК образует правую суперспираль на поверхности перестроенного октамера гистонов. Обсуждаются молекулярные механизмы и биологическую важность структурной подвижности нуклеосом.
en
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Вiopolymers and Cell
Reviews
Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers
Конформаційна рухливість нуклеосом в експериментах з індивідуальними хроматиновими фібрилами
Конформационная подвижность нуклеосом в экспериментах с индивидуальными хроматиновыми фибриллами
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers
spellingShingle Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers
Sivolob, A.V.
Reviews
title_short Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers
title_full Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers
title_fullStr Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers
title_full_unstemmed Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers
title_sort nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers
author Sivolob, A.V.
author_facet Sivolob, A.V.
topic Reviews
topic_facet Reviews
publishDate 2010
language English
container_title Вiopolymers and Cell
publisher Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
format Article
title_alt Конформаційна рухливість нуклеосом в експериментах з індивідуальними хроматиновими фібрилами
Конформационная подвижность нуклеосом в экспериментах с индивидуальными хроматиновыми фибриллами
description Studies on the chromatin nucleosome organization play an ever increasing role in our comprehension of mechanisms of the gene activity regulation. This minireview describes the results on the nucleosome conformational flexibility, which were obtained using magnetic tweezers to apply torsion to oligonucleosome fibers reconstituted on single DNA molecules. Such an approach revealed a new structural form of the nucleosome, the reversome, in which DNA is wrapped in a right-handed superhelix around a distorted histone octamer. Molecular mechanisms of the nucleosome structural flexibility and its biological relevance are discussed. Дослідження нуклеосомної організації хроматину відіграє все більшу роль у розумінні механізмів регуляції генетичної активності. У представленому огляді описано результати вивчення конформаційної рухливості нуклеосом, отримані в експериментах з магнітним пінцетом – приладом, за допомогою якого можна індукувати торсійні деформації в олігонуклеосомних фібрилах, реконструйованих на індивідуальних молекулах ДНК. Такий підхід дозволяє виявити нову структурну форму нуклеосоми – реверсому, у складі якої ДНК формує праву суперспіраль на поверхні перебудованого октамеру гістонів. Обговорюються молекулярні механізми та біологічне значення структурної рухливості нуклеосом. Исследование нуклеосомной организации хроматина приобретаетет все большее значение для понимания механизмов регуляции генетической активности. В настоящем обзоре описаны результаты изучения конформационной подвижности нуклеосом, полученные в экспериментах с магнитным пинцетом – устройством, при помощи которого можно сообщать торсионные деформации олигонуклеосомным фибриллам, реконструированным на индивидуальных молекулах ДНК. Такой подход позволяет обнаружить новую структурную форму нуклеосомы – реверсому, в которой ДНК образует правую суперспираль на поверхности перестроенного октамера гистонов. Обсуждаются молекулярные механизмы и биологическую важность структурной подвижности нуклеосом.
issn 0233-7657
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154184
citation_txt Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers / A.V. Sivolob // Вiopolymers and Cell. — 2010. — Т. 26, № 5. — С. 351-359. — Бібліогр.: 63 назв. — англ, рос.
work_keys_str_mv AT sivolobav nucleosomeconformationalflexibilityinexperimentswithsinglechromatinfibers
AT sivolobav konformacíinaruhlivístʹnukleosomveksperimentahzíndivídualʹnimihromatinovimifíbrilami
AT sivolobav konformacionnaâpodvižnostʹnukleosomvéksperimentahsindividualʹnymihromatinovymifibrillami
first_indexed 2025-11-25T23:55:27Z
last_indexed 2025-11-25T23:55:27Z
_version_ 1850590143785730048
fulltext REVIEWS Кон фор ма ци он ная под виж ность нук ле о сом в экс пе ри мен тах с ин ди ви ду аль ны ми хро ма ти но вы ми фиб рил ла ми А. В. Си во лоб Ки ев ский на ци о наль ный уни вер си тет име ни Та ра са Шев чен ко Ул. Вла ди мир ская, 64, Киев, Укра и на, 01033 sivolob@univ.kiev.ua Иссле до ва ние нук ле о сом ной орга ни за ции хро ма ти на прио бретаетет все боль шее зна че ние для по - ни ма ния ме ха низ мов ре гу ля ции ге не ти чес кой ак тив нос ти. В на сто я щем об зо ре опи са ны ре зуль та - ты изучения кон фор ма ци он ной под виж нос ти нук ле о сом, по лу чен ные в экс пе ри мен тах с маг нит ным пин це том – устро йством, при по мо щи ко то ро го мож но со об щать тор си он ные де фор ма ции оли го - нук ле о сом ным фиб рил лам, ре ко нстру и ро ван ным на ин ди ви ду аль ных мо ле ку лах ДНК. Та кой под ход по зволяет об на ру жить но вую струк тур ную фор му нук ле о со мы – ре вер со му, в ко то рой ДНК об ра зу - ет пра вую су перспи раль на по вер хнос ти пе ре стро ен но го окта ме ра гис то нов. Обсуж да ют ся мо ле - ку ляр ные ме ха низ мы и би о ло ги чес кую важ ность струк тур ной под виж нос ти нук ле о сом. Клю че вые сло ва: нук ле о со ма, сверх спи ра ли за ция ДНК, хро ма ти но вая фиб рил ла, кон фор ма ци он ная под виж ность. Вве де ние. На пер вом уров не сво ей орга ни за ции хро ма тин пред став ля ет со бой це поч ку нук ле о сом – час тиц, со сто я щих из окта ме ра гис то нов Н3, Н4, Н2А и Н2В (по две мо ле ку лы каж до го типа) и ДНК дли ной ~145 п. н., об ра зующей на по вер хнос ти окта ме ра ~1,7 вит ка ле вой су перспи ра ли (рис. 1) [1–4]. Струк ту ра нук ле о со мы ха рак те ри зу ет ся сим - мет ри ей вто ро го по ряд ка, ось сим мет рии про хо дит че рез ин тер фейс меж ду дву мя мо ле ку ла ми гис то на Н3 и цен траль ную пару осно ва ний нук ле о сом ной ДНК. Гис то но вый окта мер со сто ит из трех струк - тур ных эле мен тов – тет ра ме ра (Н3–Н4)2 и двух ди - ме ров Н2А–Н2В. Тет ра мер (Н3–Н4)2 орга ни зу ет цен траль ные ~0,7 вит ка су перспи ра ли нук ле о сом - ной ДНК, два ди ме ра Н2А-Н2В об ес пе чи ва ют до - пол ни тель ную уклад ку ДНК в нук ле о со ме, уве ли - чи вая ко ли чес тво вит ков су перспи ра ли до ~1,45 (~125 п. н.). Вза и мо де йствие кон це вых сег мен тов нук ле о сом ной ДНК с N-кон це вы ми α-спи ра ля ми гис то нов Н3 (так на зы ва е мые αN-спи ра ли, рис. 1) «за вер ша ет» за крут ку ДНК вок руг окта ме ра гис то - нов. Ком плекс ДНК с тет ра ме ром – тет ра со ма (рис. 2), а так же про ме жу точ ный ком плекс – гек са со ма, со дер жа щая толь ко один ди мер Н2А–Н2В, воз ни - ка ют в хро ма ти не всле дствие вре мен но го уда ле ния ди ме ров Н2А–Н2В в про цес се АТP-за ви си мо го ре - мо де ли ро ва ния хро ма ти на [5] или элон га ции транс крип ции [6–9]. Струк тур ная ди на ми ка хро ма ти на яв ля ет ся клю че вым эле мен том сис те мы ре гу ля ции транс - крип ци он ной ак тив нос ти, опре де ляющим из ме не - ния дос туп нос ти ре гу ля тор ных цис-эле мен тов для 351 ISSN 0233-7657. Biopolymers and Cell. 2010. Vol. 26. N 5  Institute of Molecular Biology and Genetics NAS of Ukraine, 2010 транс крип ци он ных фак то ров. Глав ны ми ме ха низ - ма ми ре а ли за ции та кой ди на ми ки яв ля ют ся: 1) АТP-за ви си мое ре мо де ли ро ва ние хро ма ти на – ис - поль зо ва ние энер гии гид ро ли за АТP для ин ду ци ро - ва ния про ме жу точ ных из ме нен ных струк тур ных со сто я ний нук ле о сом, их ре по зи ци о ни ро ва ния и вре мен но го уда ле ния гис то но вых ком плек сов [10– 14]; 2) по сттран сля ци он ные ко ва лен тные мо ди фи - ка ции не упо ря до чен ных кон це вых учас тков гис то - нов (хвос тов), вли я ю щие и на эф фек тив ность ре мо - де ли ро ва ния, и на ха рак тер вза и мо де йствия нук ле - о сом с мно го чис лен ны ми не гис то но вы ми бел ка ми [14–19]. При этом лю бое внеш нее воз де йствие на нук ле о со му ис поль зу ет ее внут рен ние сво йства – «со бствен ную» струк тур ную ди на ми ку, об услов - лен ную осо бен нос тя ми меж мо ле ку ляр ных вза и мо - де йствий, ста би ли зи ру ю щих/дес та би ли зи ру ю щих струк ту ру этой час ти цы. На и мень шей ста биль нос тью в струк ту ре нук ле - о со мы от ли ча ет ся об ласть вхо да/вы хо да ДНК: здесь ре а ли зу ют ся ме нее про чные, не же ли внут ри нук ле о со мы, ДНК-гис то но вые кон так ты (с αN- спи ра ля ми гис то нов Н3 и ди ме ра ми Н2А–Н2В) [20–23]. Кро ме то го, до пол ни тель ным дес та би ли - зи ру ю щим фак то ром яв ля ет ся элек тро ста ти чес кое рас тал ки ва ние меж ду со сед ни ми вит ка ми су пер- спи ра ли ДНК. Со от ве тствен но для нук ле о сом ных час тиц, ре ко нстру и ро ван ных на ли ней ной ДНК, на блю да ет ся спон тан ное вре мен ное раз во ра чи ва - ние кон це вых учас тков нук ле о сом ной ДНК, де тек - ти ру е мое по дос туп нос ти нук ле о сом ной ДНК для ДНК-свя зы ва ю щих бел ков [24–27] и по из ме не ни - ям эф фек тив нос ти флу о рес цен тно го ре зо нан сно го пе ре но са энер гии (FRET) меж ду до нор ны ми и ак - цеп тор ны ми флу о ро фо ра ми, при ши ты ми к опре де - лен ным сай там нук ле о сом ной ДНК и/или гис то нов [28–30]. В кле точ ном яд ре хро ма ти но вая фиб рил ла фор - ми ру ет пет ли, кон цы ко то рых жес тко за креп ле ны на ядер ном мат рик се [31–33], и, сле до ва тель но, на та кой пет ле вой до мен и на каж дую нук ле о со му в его со ста ве на ло же ны то по ло ги чес кие огра ни че - ния. В се рии ра бот по ис сле до ва нию мо дель ной сис те мы – нук ле о со мы в со ста ве коль це вой ДНК ма лень ко го раз ме ра (ми ни цик ла кон тур ной дли ны ~350 п. н.) – по лу че ны ре зуль та ты по кон фор ма ци - он ной под виж нос ти нук ле о сом ных, а так же суб- и над нук ле о сом ных час тиц в усло ви ях, близ ких к фи зи о ло ги чес ким [20, 34–42]. В час тнос ти, про де - мо нстри ро ва но на ли чие не сколь ких струк тур ных форм нук ле о со мы: «от кры той», со дер жа щей ~1,45 вит ка су перспи ра ли, и двух «за кры тых» – 1,7 вит ка су перспи ра ли с от ри ца тель ным или по ло жи тель - ным пе ре се че ни ем лин ке ров на вы хо де из нук ле о - со мы (см. рис. 4 ни же) [20, 35, 36, 40, 42]. Каж дая из форм фик си ру ет свою опре де лен ную ве ли чи ну от - ри ца тель ной сверх спи ра ли за ции в коль це, сни мая тем са мым часть тор си он ных на пря же ний с ДНК, не свя зан ной с гис то на ми. При этом не боль шая по срав не нию с энер ги ей теп ло вых флук ту а ций (на уров не 1–2 еди ниц kT, k – кон стан та Бо льцма на; T – аб со лют ная тем пе ра ту ра) раз ни ца в сво бод ных энер гиях меж ду струк тур ны ми фор ма ми об ес пе чи - ва ет воз мож ность кон фор ма ци он но го рав но ве сия. 352 СИ ВО ЛОБ А. В. H3 H3 H4 H4 Рис. 2. Тет ра со ма – тет ра мер гис то нов Н3 и Н4 в со ста ве нук ле о - сомы (со струк ту ры на рис. 1). Спра ва – схе ма струк тур но го пе - ре хо да в тет ра со ме с из ме не ни ем ее хи раль нос ти H3 H4 H2B H2A αN Рис. 1. Струк ту ра нук ле о со мы (код PDB 1KX5, спра ва – схе ма - ти чес кое изо бра же ние). Обоз на че ны мо ле ку лы гис то нов и αN-спи раль гис то на Н3 Это рав но ве сие сдви га ет ся в ту или иную сто ро ну в за ви си мос ти от уров ня сверх спи ра ли за ции – мож - но ска зать, что нук ле о сом ные струк тур ные со сто я - ния иг ра ют роль бу фе ра, по зво ля ю ще го коль цу лег че на кап ли вать тор си о нные напряжения того или иного знака. Кон фор ма ци он ное рав но ве сие меж ду струк тур - ны ми фор ма ми нук ле о сом за ви сит от по сле до ва - тель нос ти пар нуклеотидов нук ле о сом ной ДНК [40], вхо дя щих в со став нук ле о со мы ва ри ан тов гис - то нов [42] и по сттран сля ци он ных мо ди фи ка ций гис то но вых хвос тов [35, 36, 38, 39]. Так, при ги пер- аце ти ли ро ва нии гис то нов пре и му щес твен ной ста - но вит ся от кры тая фор ма нук ле о со мы: сни же ние по ло жи тель но го за ря да хвос тов при во дит к воз рас - та нию элек тро ста ти чес ко го рас тал ки ва ния меж ду со сед ни ми вит ка ми су перспи ра ли на кон цах нук - леосо мной ДНК. Пос коль ку аце ти ли ро ва ние гис то - нов всег да кор ре ли ру ет с транс крип ци он ной ак тив - нос тью, зна че ние от кры той фор мы оче вид но: во-пер вых, час тич ное раз во ра чи ва ние нук ле о сом - ной ДНК по вы ша ет ее дос туп ность для ре гу ля тор - ных бел ков; во-вто рых, та кое раз во ра чи ва ние де- ста би ли зи ру ет ди ме ры Н2А–Н2В в нук ле о со ме, об - лег чая их вре мен ный пе ре нос на про ме жу точ ные ак цеп то ры (гис то но вые ша пе ро ны), ко то рый всег - да уси ли ва ет ся во время транскрипции [43, 44]. Вре мен ное уда ле ние ди ме ров остав ля ет на ДНК тет ра со му, ко то рая так же ха рак те ри зу ет ся не три - ви аль ной кон фор ма ци он ной под виж нос тью: тет ра - сом ная су перспи раль дос та точ но лег ко из ме ня ет свою хи раль ность – ле во зак ру чен ная «под ко ва» тет ра со мы ста но вит ся пра во зак ру чен ной в со ста ве по ло жи тель но сверх спи ра ли зо ван ной коль це вой ДНК (рис. 2) [34, 37–39]. В це лом ре зуль та ты, по лу - чен ные на ми ни цик лах (см. об зо ры [45–47]), при во - дят к дос та точ но не ожи дан но му вы во ду: при сут- ствие гис то но вых ком плек сов де ла ет мо ле ку лу ДНК зна чи тель но бо лее плас тич ной, т. е. спо соб - ной лег че на кап ли вать сверх спи ра ли за цию (тор си - он ное на пря же ние) то го или иного знака. По доб ный вы вод по лу чил по лное под твер жде - ние и раз ви тие в экс пе ри мен тах, про ве ден ных на ин ди ви ду аль ных по ли нук ле о сом ных фиб рил лах при по мо щи маг нит но го пин це та (magnetic twee- zers) – устро йства, по зво ля ю ще го вво дить тор си он - ные на пря же ния в мо ле ку лу ДНК. Маг нит ный пин цет [48–50] да ет воз мож ность со вер шать на но ма ни пу ля ции с мо ле ку лой ДНК в ре аль ном вре ме ни. При ис поль зо ва нии маг нит но го пин це та мо ле ку лы ДНК (об ыч но дли ной от ~5 до ~50 тыс. п. н.) при ши ва ют за один ко нец к по верх- нос ти пред мет но го стек ла в не боль шой ка ме ре – в ка ме ру мо жет под а вать ся рас твор лю бо го со ста ва, под ка ме рой на хо дит ся об ъ ек тив опти чес ко го мик - рос ко па (рис. 3). При ши ва ние об ес пе чи ва ет ся за счет при со е ди не ния ре ком би нан тны ми ме то да ми к од но му из кон цов спе ци аль но го лин ке ра, в со ста ве ко то ро го азо тис тые осно ва ния мо ди фи ци ро ва ны ди гок си ге ни ном (DIG). Пред мет ное стек ло, по кры - тое ан ти те ла ми к DIG, жес тко фик си ру ет этот ко - нец. К дру го му кон цу мо ле ку лы ДНК при со е ди нен лин кер, мо ди фи ци ро ван ный би о ти ном, ко то рый про чно вза и мо де йству ет со стреп та ви ди ном, по - кры ва ю щим по вер хность ша ри ка ди а мет ром 2– 3 мкм. Ша рик, ко то рый та ким об ра зом при ши ва ет - ся к кон цу ДНК, яв ля ет ся па ра маг не ти ком и на хо - дит ся под де йстви ем по сто ян но го маг нит но го по - ля, со зда ва е мо го элек тро маг ни том (рис. 3). Маг нит мо жет сме щать ся и вра щать ся, как по ка за но на рис. 3. Сме ще ние маг ни та со зда ет рас тя ги ва ю щую си - лу, при кла ды ва е мую к кон цу ДНК, – ве ли чи на си - лы за ви сит от вы со ты маг ни та над ка ме рой. Ко ли - чес тво об оро тов маг ни та за да ет опре де лен ный вра - ща тель ный мо мент, при кла ды ва е мый к кон цу мо- ле ку лы. Та ким образом осу ще ствля ет ся тор си он - ное кру че ние од но го кон ца от но си тель но дру го го в 353 КОН ФОР МА ЦИ ОН НАЯ ПОД ВИЖ НОСТЬ НУК ЛЕ О СОМ В ЭКС ПЕ РИ МЕН ТАХ C ФИБРИЛЛАМИ Обороты – + r r +– 0 Рис. 3. Схе ма маг нит но го пин це та (по яс не ния в тек сте) и ти пич - ная кар ти на от но си тель но го удли не ния мо ле ку лы ДНК r как функ ции ко ли чес тва об оро тов пин це та. Схе ма ти чес ки по ка за ны от ри ца тель ные и по ло жи тель ные плек то не ми чес кие вит ки том или ином на прав ле нии. При по мо щи мик рос ко - па ре гис три ру ют ся два па ра мет ра. Пер вый из них – сред няя ам пли ту да осцил ля ций ша ри ка в плос кос - ти, пер пен ди ку ляр ной на прав ле нию рас тя ги ва ю - щей си лы, – по зво ля ет опре де лить ве ли чи ну си лы (в ди а па зо не от не сколь ких со тых до не сколь ких со тен пи конь ю то нов): чем вы ше ам пли ту да осцил - ля ций, тем мень ше си ла. Вто рой па ра метр – рас сто - я ние r от ша ри ка до пред мет но го стек ла: из ме не ние рас сто я ния от но си тель но из вес тно го фо кус но го рас сто я ния об ъ ек ти ва мик рос ко па со зда ет ин тер - фе рен ци он ную кар ти ну вок руг ша ри ка, по ха рак те - ру ко то рой мож но опре де лить r с точностью до нескольких нанометров. Ти пич ная кар ти на за ви си мос ти рас сто я ния r от количества об оро тов маг ни та (при не зна чи тель ной рас тя ги ва ю щей си ле ~0,3 пН) по ка за на на рис. 3. Ког да чис ло об оро тов рав но ну лю, ДНК на хо дит ся в тор си он но ре лак си ро ван ном со сто я нии – с на и бо - лее вы год ным в дан ных усло ви ях твис том двой ной спи ра ли. Один об орот маг ни та в по ло жи тель ном на прав ле нии за кру чи ва ет, а в от ри ца тель ном – рас - кру чи ва ет ДНК на один ви ток: в двой ной спи ра ли воз ни ка ет тор си он ное на пря же ние со от ве тству ю - ще го зна ка. До воль но быс трое со кра ще ние дли ны r при на рас та нии количества об оро тов в об оих на - прав ле ни ях об ъ яс ня ет ся тем, что вра ще ние маг ни та ин ду ци ру ет тор си он ное кру че ние ДНК лишь до опре де лен но го пред е ла – двой ная спи раль мо жет на ко пить тор си он ное на пря же ние толь ко до не ко - то рой не боль шой ве ли чи ны. По дос ти же нии кри ти - чес кой точ ки энер гия тор си он ных де фор ма ций ста - но вит ся слиш ком вы со кой и про ис хо дит по те ря стой кос ти: ДНК за кру чи ва ет ся в сверх спи раль ные плек то не ми чес кие вит ки (рис. 3). В том, что тор си - он ное кру че ние дол жно пре об ра зо вы вать ся в ка - кой-то мо мент в плек то не ми чес кие вит ки, мож но лег ко убе дит ься, за кру чи вая ре зи но вую труб ку или об ыч ный шну рок. Ко ли чес тво об оро тов, с ко то ро - го на чи на ет ся фор ми ро ва ние плек то не мы, за ви сит от со от но ше ния кон стант тор си он ной и из гиб ной жес ткос ти. Анализ за ви си мос тей дли ны от чис ла об оро тов да ет оцен ку кон стан ты тор си он ной жест- кос ти ДНК C/kT ~ 75 нм [48, 49] в по лном со гла сии с дан ны ми дру гих методов. Не ко то рая асим мет рия кри вой на рис. 3 (сте - пень асим мет рии воз рас та ет при уве ли че нии рас тя - ги ва ю щей си лы) об ъ яс ня ет ся ло каль ным плав ле ни - ем двой ной спи ра ли при боль шом количестве от ри - ца тель ных об оро тов [51]: энер ге ти чес кие за тра ты на плав ле ние в на и ме нее ста биль ных учас тках да - ют, тем не ме нее, об щий энер ге ти чес кий вы иг рыш, по сколь ку раз ру ше ние од но го вит ка дуп лек са «по - гло ща ет» один от ри ца тель ный об орот. В ре зуль та - те сни ма ет ся часть тор си он ных на пря же ний и сни - жа ет ся эф фек тив ность фор ми ро ва ния плек то не - мы – кри вая от но си тель но го удли не ния вы хо дит на не ко то рое ненулевое плато. Тор си он ная плас тич ность по ли нук ле о сом - ной фиб рил лы. В ра бо тах [52, 53] поли нук ле о сом - ные фиб рил лы, со дер жа щие раз ное ко ли чес тво ре - гу ляр но рас по ло жен ных нук ле о сом, бы ли ре конст- ру и ро ва ны на 36 тан дем ных по вто рах по 208 (или 190) п. н. по сле до ва тель нос ти ге на 5S мор ско го ежа (по втор об ла да ет вы со ким по тен ци а лом по зи ци о - ни ро ва ния нук ле о со мы). За ви си мость дли ны r от чис ла об оро тов маг нит но го пин це та для та кой фиб - рил лы име ет ту же фор му, что и для сво бод ной ДНК – на коп ле ние тор си он ных на пря же ний при мак си маль ном удли не нии сме ня ет ся со кра ще ни ем дли ны при фор ми ро ва нии плек то не мы. По срав не - нию со сво бод ной ДНК (со от ве тству ю щую кри вую по лу ча ют по сле уда ле ния гис то нов вы со ки ми кон - цен тра ци я ми со ли) фиб рил ла су щес твен но ко ро че и точ ка ее мак си маль но го удли не ния сдви ну та в от - ри ца тель ную об ласть. Оба эф фек та (их ве ли чи на про пор ци о наль на ко ли чес тву нук ле о сом в со ста ве фиб рил лы) яв ля ют ся пря мым сле дстви ем за кру чи - ва ния нук ле о сом ной ДНК в ле вую су перспи раль – нук ле о со мой «по гло ща ет ся» при мер но один от ри - ца тель ный су перви ток, а со кра ще ние дли ны со - став ля ет ~50 нм (~150 п. н.) на нук ле о со му. Меж ду дву мя за ви си мос тя ми дли ны от ко ли- чес тва об оро тов име ет ся еще од но (ме нее три ви - аль ное) раз ли чие: фиб рил ла ха рак те ри зу ет ся зна - чи тель но бо лее вы со кой тор си он ной плас тич нос - тью, т. е. спо соб на на кап ли вать су щес твен но боль - шее чис ло об оро тов без зна чи тель но го со кра ще ния дли ны. Фор маль ный ана лиз да ет оцен ку кон стан ты «тор си он ной жес ткос ти» по ли нук ле о сом ной фиб - 354 СИ ВО ЛОБ А. В. рил лы C/kT ~5 нм – в 15 раз ни же, чем для сво бод - ной ДНК. Та кая вы со кая плас тич ность от ра жа ет кон фор - ма ци он ное рав но ве сие меж ду опи сан ны ми ра нее для ми ни цик лов струк тур ны ми фор ма ми нук ле о - сом (рис. 4). Мак си маль ное удли не ние фиб рил лы со от ве тству ет от кры той фор ме нук ле о со мы – в усло ви ях экс пе ри мен та с маг нит ным пин це том (низ кая ион ная си ла) эта фор ма яв ля ет ся пре и му - щес твен ной всле дствие вы со ко го элек тро ста ти чес - ко го рас тал ки ва ния меж ду вит ка ми нук ле о сом ной су перспи ра ли. Вра ще ние нук ле о сом вок руг своих осей сим мет рии и их пе ре ход в за кры тые фор мы со скре щен ны ми лин ке ра ми – от ри ца тель ную или по - ло жи тель ную в за ви си мос ти от на прав ле ния вра - ще ния пин це та – по зво ля ет ад сор би ро вать часть тор си он ных на пря же ний и тем са мым тор мо зить об ра зо ва ние плек то не мы, ко то рое на чи на ет ся толь - ко по сле за вер ше ния струк тур ных пе ре хо дов. Мо - ле ку ляр ная мо дель фиб рил лы, учи ты ва ю щая воз - мож ность струк тур ных пе ре хо дов в нук ле о со ме и их энер ге ти чес кой сто и мос ти (1–2 еди ни цы kT), по - зво ля ет ко ли чес твен но опи сать вер хнюю часть кри вой, схе ма ти чес ки изо бра жен ную на рис. 4. Изме не ние хи раль нос ти нук ле о со мы. На и бо - лее ин те рес ная струк тур ная пе ре строй ка про ис хо - дит в нук ле о со ме при со зда нии вы со ко го уров ня по ло жи тель ных тор си он ных на пря же ний – по сле фор ми ро ва ния плек то не мы. При этом из ме ня ет ся хи раль ность нук ле о сом ной су перспи ра ли, ко то рая ста но вит ся пра вой в со ста ве час ти цы, по лу чив шей на зва ние ре вер со мы (reverse nucleosome) [53]. Если ко ли чес тво об оро тов пин це та в по ло жи - тель ном на прав ле нии не слиш ком ве ли ко, об рат ное вра ще ние при во дит к удли не нию фиб рил лы по той же тра ек то рии – пря мая и об рат ная кри вые за ви си - мос ти дли ны от чис ла об оро тов со впа да ют. Одна ко спустя при мер но 20 положительных об оро тов по - сле то го как дли на сни зи лась до ну ля всле дствие об ра зо ва ния плек то не мы, об рат ное дви же ние ха - рак те ри зу ет ся гис те ре зи сом: сбра сы ва ние плек то - не ми чес ких вит ков (удли не ние фиб рил лы) на чи на - ет ся рань ше, и при том же ко ли чес тве об оро тов от - но си тель но ну ле вой точ ки дли на r ста но вит ся боль ше та ко вой при пря мом за кру чи ва нии (рис. 5). Та кое по ве де ние по зво ля ет сде лать два вы во да. Во-пер вых, при вы со ком уров не тор си он ных на - пря же ний в нук ле о со ме про ис хо дит струк тур ное изме не ние, в результате ко то ро го но вая час ти ца – ревер со ма – фик си ру ет на се бе не кую до лю по ло - жи тель ной сверх спи ра ли за ции. Амплитуда гис те - ре зи са (ве ли чи на от но си тель но го сдви га двух кри - вых на рис. 5) пря мо про пор ци о наль на ко ли чес тву нук ле о сом в со ста ве фиб рил лы – из на кло на этой за ви си мос ти сле ду ет оценка о при мер но одном по - ло жи тель ном су первит ке, «по гло ща е мом» ре вер - со мой. Оче вид но, что ДНК в со ста ве ре вер со мы об - ра зу ет пра вую су перспи раль, яв ля ю щу ю ся, ве ро ят - но, при мер но зер каль ным ото бра же ни ем об ыч ной ле вой нук ле о сом ной су перспи ра ли. Во-вто рых, на - ли чие гис те ре зи са ука зы ва ет на то, что две струк ту - ры раз де ле ны вы со ким ак ти ва ци он ным барь е ром – при об рат ном вра ща тель ном дви же нии пин це та ре - вер со ма не успе ва ет быс тро пе ре стро ить ся в бо лее энер ге ти чес ки выгодную нуклеосому. Если об рат ное вра ще ние оста но вить при не ко - то ром ко ли чес тве об оро тов, на блю да ет ся дол гое (за де сят ки ми нут) со кра ще ние дли ны (пун ктир ная 355 КОН ФОР МА ЦИ ОН НАЯ ПОД ВИЖ НОСТЬ НУК ЛЕ О СОМ В ЭКС ПЕ РИ МЕН ТАХ C ФИБРИЛЛАМИ – – + + r Рис. 4. Ответ по ли нук ле о сом ной фиб рил лы на тор си он ную де - фор ма цию: кри вая схе ма ти чес ки по ка зы ва ет из ме не ние дли ны r как функ ции ко ли чес тва об оро тов в окрес тнос ти мак си му ма (даль ней шее на коп ле ние тор си он ных вит ков об оих зна ков при - во дит к бо лее рез ко му со кра ще нию всле дствие об ра зо ва ния плек то не мы, см. рис. 3). Три струк тур ные фор мы нук ле о со мы (вни зу, сле ва на пра во: за кры тая от ри ца тель ная; от кры тая; за - кры тая по ло жи тель ная) спо со бству ют «по гло ще нию» тор си он - но го на пря же ния за счет вра ще ния нук ле о сом вок руг сво их осей сим мет рии в том или ином на прав ле нии. Адаптировано из [52] стрел ка на рис. 5), т. е. осу ще ствля ет ся пе ре ход ре - вер со мы в нук ле о со му. Анализ ки не ти ки пе ре хо да по зво ля ет оце нить вы со ту ак ти ва ци он но го барь е ра и раз ни цу сво бод ных энер гий меж ду дву мя со сто я - ни я ми: сво бод ная энер гия ре вер со мы по от но ше - нию к нук ле о со ме ~10 kT, энер гия ак ти ва ции ~30 kT. Пос лед няя ве ли чи на при мер но со впа да ет со сво бод ной энер ги ей вза и мо де йствия двух ди ме ров Н2А–Н2В с тет ра ме ром (Н3–Н4)2 в 2 М NaCl [54] – на ли чие ак ти ва ци он но го барь е ра свя за но с не об хо - ди мос тью раз ру шить энер ге ти чес ки вы год ные кон - так ты меж ду ди ме ра ми и тет ра ме ром в про ме жу - точ ном со сто я нии на пу ти струк тур но го преоб ра - зо ва ния. Де йстви тель но, из ме нить знак нук ле о сом ной су перспи ра ли мож но толь ко та ким пу тем: на ру шив вза и мо де йствие ди ме ров с тет ра ме ром, раз вер нув су перспи раль вмес те со свя зан ны ми с ДНК ди ме ра - ми, за тем из ме нив хи раль ность тет ра со мы и уста - но вив но вые кон так ты ди ме ров с тет ра ме ром (рис. 6). Со от ве тствен но уда ле ние ди ме ров Н2А–Н2В из по ли нук ле о сом ной фиб рил лы (за счет об ра бот ки ге па ри ном или гис то но вым ша пе ро ном NAP-1) при во дит к ис чез но ве нию гис те ре зи са: оста ю ща я ся тет ра со ма при вра ще ни ях пин це та лег ко из ме ня ет свою хи раль ность без ка ких-ли бо ак ти ва ци он ных барьеров [53]. Гис тон-гис то но вые кон так ты в ре вер со ме от ли - ча ют ся от та ко вых в нук ле о со ме – ди ме ры Н2А– Н2В свя зы ва ют ся с дру гой сто ро ны от тет ра ме ра (Н3–Н4)2, что, ве ро ят но, и де ла ет основ ной вклад в раз ни цу сво бод ных энер гий меж ду дву мя струк ту - ра ми. Кро ме то го, за кру чи ва ние ДНК в пра вую су - перспи раль при во дит к не при год нос ти αN-спи ра- лей гис то нов Н3 для вза и мо де йствия с кон це вы ми сег мен та ми – ре вер со ма яв ля ет ся, ско рее все го, при мер но пра вым ото бра же ни ем от кры той фор мы ле во зак ру чен ной нук ле о со мы. Би о ло ги чес кое зна че ние кон фор ма ци он ной ди на ми ки нук ле о сом в от вет на тор си он ные де - фор ма ции ДНК дол жно в пер вую оче редь иметь от - ноше ние к сверх спи ра ли за ции, ге не ри ру е мой ДНК-транс ло ка за ми. Так, са мы ми оче вид ны ми ис - точ ни ка ми упру гих на пря же ний в хро ма ти но вой пет ле яв ля ют ся элон га ция транс крип ции и реп ли - ка ции, вы зы ва ю щие по ло жи тель ную и от ри ца тель - ную «вол ны» сверх спи ра ли за ции со от ве тствен но впе ре ди и по за ди по ли ме раз но го ком плек са [55– 60]. Тор си он ная плас тич ность хро ма ти на, об услов - лен ная его кон фор ма ци он ной под виж нос тью, слу - жит сво е об раз ным «амор ти за то ром», га ся щим ука- за нные вол ны. При этом та кой кон фор ма ци он ный амор ти за тор сра ба ты ва ет прак ти чес ки мгно вен но – зна чи тель но быс трее, чем эн до ген ные ре лак си ру ю - щие ак тив нос ти ДНК-топоизомераз [60–62]. Нап ри мер, ге не ри ру е мую транс крип ци ей от ри - ца тель ную сверх спи ра ли за цию из ме ря ли in vivo в спе ци аль ной ре пор тер ной ко нструк ции меж ду дву - 356 СИ ВО ЛОБ А. В. Обороты РеверсомаНуклеосома – + r 0 Рис. 5. Схе ма гис те ре зи са при на коп ле нии и об рат ном сбра сы - ва нии по ло жи тель но го тор си он но го на пря же ния в по ли нук ле о - сом ной фиб рил ле. Сплош ные стрел ки ука зы ва ют на прав ле ние вра ще ния, пун ктир ная – на прав ле ние мед лен но го со кра ще ния фиб рил лы, если об рат ное вра ще ние оста нав ли ва ет ся в не ко то - рой точ ке. Вни зу пред став ле на схе ма струк тур но го пре об ра зо - ва ния в нук ле о со ме, в ре зуль та те ко то ро го ре вер со ма по гло ща - ет часть по ло жи тель ной сверх спи ра ли за ции. Адаптировано из [53] Нуклеосома Реверсома Активационный барьер Рис. 6. Схе ма струк тур но го пе ре хо да в нук ле о со ме с из ме не ни - ем хи раль нос ти су перспи ра ли. Гис то ны изо бра же ны в виде ша - ри ков, как на рис. 1 и 2 мя раз но нап рав лен ны ми про мо то ра ми [60]. Обу- слов лен ное то по и зо ме ра за ми за ту ха ние сверх спи - ра ли за ции про ис хо дит очень мед лен но (в те че ние ~30 мин), за это вре мя сверх спи ра ли за ция успе ва ет ин ду ци ро вать не ка но ни чес кие струк тур ные фор мы двой ной спи ра ли, рек ру ти ру ю щие спе ци фи чес кие транс крип ци онн ные фак то ры. Та ким об ра зом, кон - фор ма ци он ная под виж ность нук ле о сом, мо ду ли ру - ю щая уро вень тор си он ных на пря же ний и кон ку ри - ру ю щая с эн до ген ны ми ре лак си ру ю щи ми ак тив - нос тя ми и струк тур ны ми пе ре хо да ми в ДНК, дол- жна быть вов ле че на в ди на ми чес кий кон троль ген- ной ак тив нос ти. Роль кон фор ма ци он ной ди на ми ки нук ле о сом в ре гу ля ции транс крип ци он ной ак тив нос ти ста но - вит ся бо лее оче вид ной, ес ли вспом нить о мо ду ля - ции этой ди на ми ки та ки ми фак то ра ми, как нук ле о - тид ная по сле до ва тель ность нук ле о сом ной ДНК [40], при су тствие в нук ле о со ме гис то но вых ва ри - ан тов [42] и аце ти ли ро ва ние гис то нов. В час тнос ти, аце ти ли ро ва ние спо со бству ет ре а ли за ции от кры - той фор мы нук ле о со мы [35, 36], ко то рая, в свою оче редь, об лег ча ет вре мен ный пе ре нос ди ме ров Н2А–Н2В на гис то но вые ша пе ро ны [42]. При этом об ра зу ет ся тет ра со ма, в ко то рой при усло вии ее аце ти ли ро ва ния су щес твен но об лег чен пе ре ход в пра во зак ру чен ную фор му [38, 39]. Что ка са ет ся ре вер со мы, то она, оче вид но, яв ля - ет ся на и бо лее эф фек тив ным сре дством по гло ще - ния вол ны по ло жи тель ной сверх спи ра ли за ции по хо ду дви же ния РНК-по ли ме ра зы. По ли ме ра за со - зда ет вра ща тель ный мо мент бо лее 8 kT на один ви - ток двой ной спи ра ли [63] – энер гия, впол не дос та - точ ная для ин ду ци ро ва ния струк тур но го пе ре хо да в ре вер со му. При этом ре вер со ма не толь ко эф фек - тив но га сит по ло жи тель ную сверх спи ра ли за цию, об ес пе чи вая воз мож ность про дол же ния про цес са элон га ции транс крип ции, а ее мож но рас смат ри - вать как вы со ко э нер ге ти чес кую «ак ти ви ро ван - ную» фор му нук ле о со мы par excellence. Су щест- вен но дес та би ли зи ро ван ные в ре вер со ме ди ме ры Н2А–Н2В – пер вые бло ка то ры на пу ти РНК-по ли - ме ра зы че рез нук ле о со му [6–9] – мо гут лег че сни - мать ся про ме жу точ ны ми ак цеп то ра ми [43, 44] или про сто пе ре но сить ся на смеж ные учас тки ДНК [27]. Ина че го во ря, по сле то го как ре вер со мы сфор - ми ро ва ны на боль шом рас сто я нии, они дол жны лег че транс кри би ро вать ся бла го да ря дес та би ли зи - ро ван ным ди ме рам. Та ким об ра зом, две вол ны сверх спи ра ли за ции, со зда ва е мые са мой РНК-по ли ме ра зой, по мо га ют осу щес твить две опе ра ции, не об хо ди мые для эф - фек тив ной элон га ции транс крип ции при со хра не - нии нук ле о сом ной упа ков ки хро ма ти на: впе ре ди об лег ча ет ся вре мен ное уда ле ние гис то но вых ком - плек сов, по за ди – от ри ца тель ная сверх спи ра ли за - ция спо со бству ет вос ста нов ле нию ле во зак ру чен- ной нук ле о сом ной струк ту ры. A. V. Sivolob Nucleosome conformational flexibility in experiments with single chromatin fibers Taras Shevchenko National University of Kyiv 64, Volodymyrska Str, Kyiv, Ukraine, 01033 Summary Studies on the chromatin nucleosome organization play an ever in- creasing role in our comprehension of mechanisms of the gene acti- vity regulation. This minireview describes the results on the nucleo- some conformational flexibility, which were obtained using mag- netic tweezers to apply torsion to oligonucleosome fibers recon- stituted on single DNA molecules. Such an approach revealed a new structural form of the nucleosome, the reversome, in which DNA is wrapped in a right-handed superhelix around a distorted histone octamer. Molecular mechanisms of the nucleosome structural flexibility and its biological relevance are discussed. Keywords: nucleosome, DNA supercoiling, chromatin fiber, conformational flexibility. А. В. Си во лоб Кон фор маційна рух ливість нук ле о сом в ек спе ри мен тах з індивіду аль ни ми хро ма ти но ви ми фібри ла ми Ре зю ме Досліджен ня нук ле о сом ної організації хро ма ти ну відіграє все більшу роль у ро зумінні ме ханізмів ре гу ляції ге не тич ної ак тив - ності. У пред став ле но му огляді опи са но ре зуль та ти вив чен ня кон фор маційної рух ли вості нук ле о сом, от ри мані в ек спе ри - мен тах з магнітним пінце том – при ла дом, за до по мо гою яко го мож на інду ку ва ти торсійні де фор мації в оліго нук ле о сом них фібри лах, ре ко нстру йо ва них на індивіду аль них мо ле ку лах ДНК. Та кий підхід доз во ляє ви я ви ти нову струк тур ну фор му нук ле о - со ми – ре вер со му, у складі якої ДНК фор мує пра ву су перспіраль на по верхні пе ре бу до ва но го окта ме ру гістонів. Обго во рю ють - ся мо ле ку лярні ме ханізми та біологічне зна чен ня струк тур ної рух ли вості нук ле о сом. Клю чові сло ва: нук ле о со ма, над спіралізація ДНК, хро ма ти - но ва фібри ла, кон фор маційна рух ливість. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Luger K., Mаder A. W., Richmond R. K., Sargent D. F., Rich- mond T. J. Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 C resolution // Nature.–1997.–389, N 6648.–P. 251–260. 357 КОН ФОР МА ЦИ ОН НАЯ ПОД ВИЖ НОСТЬ НУК ЛЕ О СОМ В ЭКС ПЕ РИ МЕН ТАХ C ФИБРИЛЛАМИ 2. Davey C. A., Sargent D. F., Luger K., Mаder A. W., Richmond T. J. Solvent mediated interactions in the structure of the nucleosome core particle at 1.9 C resolution // J. Mol. Biol.– 2002.–319, N 5.– P. 1097–1113. 3. Richmond T. J., Davey C. A. The structure of DNA in the nuc- leosome core // Nature.–2003.–423, N 6936.–P. 145–150. 4. Ong M. S., Richmond T. J., Davey C. A. DNA stretching and extreme kinking in the nucleosome core // J. Mol. Biol.– 2007.–368, N 4.–P. 1067–1074. 5. Boyer L. A., Shao X., Ebright R. H., Peterson C. L. Roles of the histone H2A-H2B dimers and the (H3-H4)(2) tetramer in nucleosome remodeling by the SWI-SNF complex // J. Biol. Chem.–2000.–275, N 16.–P. 11545–11552. 6. Kireeva M. L., Walter W., Tchernajenko V., Bondarenko V., Kashlev M., Studitsky V. M. Nucleosome remodeling induced by RNA polymerase II: loss of the H2A/H2B dimer during transcription // Mol. Cell.–2002.–9, N 3.–P. 541–552. 7. Studitsky V. M., Walter W., Kireeva M., Kashlev M., Felsen- feld G. Chromatin remodeling by RNA polymerases // Trends Biochem. Sci.–2004.–29, N 3.–P. 127–135. 8. Li B., Carey M., Workman J. L. The role of chromatin during transcription // Cell.–2007.–128, N 4.–P. 707–719. 9. Kulaeva O. I., Gaykalova D. A., Studitsky V. M. Transcription through chromatin by RNA polymerase II: histone displace- ment and exchange // Mutat. Res.–2007.–618, N 1–2.– P. 116–129. 10. Cairns B. R. Chromatin remodeling: insights and intrigue from single-molecule studies // Nat. Struct. Mol. Biol.– 2007.–14, N 11.–P. 989–996. 11. Choudhary P., Varga-Weisz P. ATP-dependent chromatin re- modelling: action and reaction // Subcell. Biochem.–2007.– 41.–P. 29–43. 12. Cairns B. R. The logic of chromatin architecture and remo- delling at promoters // Nature.–2009.–461, N 7261.–P. 193– 198. 13. Clapier C. R., Cairns B. R. The biology of chromatin remode- ling complexes // Annu. Rev. Biochem.–2009.–78.–P. 273– 304. 14. Rando O. J., Chang H. Y. Genome-wide views of chromatin structure // Annu. Rev. Biochem.–2009.–78.–P. 245–271. 15. Marmorstein R. Protein modules that manipulate histone tails for chromatin regulation // Nat. Rev. Mol. Cell Biol.–2001.– 2, N 6.–P. 422–432. 16. Narlikar G. J., Fan H. Y., Kingston R. E. Cooperation betwe- en complexes that regulate chromatin structure and transcrip- tion // Cell.–2002.–108, N 4.–P. 475–487. 17. Turner B. M. Cellular memory and the histone code // Cell.– 2002.–111, N 3.–P. 285–291. 18. An W. Histone acetylation and methylation: combinatorial players for transcriptional regulation // Subcell. Biochem.– 2007.–41.–P. 351–369. 19. Shahbazian M. D., Grunstein M. Functions of site-specific histone acetylation and deacetylation // Annu. Rev. Bio- chem.–2007.–76.–P. 75–100. 20. Goulet I., Zivanovic Y., Prunell A., Rеvet B. Chromatin re- constitution on small DNA rings // J. Mol. Biol.– 1988.–200, N 2.–P. 253–266. 21. Toth K., Brun N., Langowski J. Chromatin compaction at the mononucleosome level // Biochemistry.–2006.–45, N 6.– P. 1591–1598. 22. Mihardja S., Spakowitz A. J., Zhang Y., Bustamante C. Effect of force on mononucleosomal dynamics // Proc. Nat. Acad. Sci. USA.–2006.–103, N 43.–P. 15871–15876. 23. Hall M. A., Shundrovsky A., Bai L., Fulbright R. M., Lis J. T., Wang M. D. High-resolution dynamic mapping of histone- DNA interactions in a nucleosome // Nat. Struct. Mol. Biol.– 2009.–16, N 2.–P.124–129. 24. Polach K. J., Widom J. Mechanism of protein access to speci- fic DNA sequences in chromatin: a dynamic equilibrium mo- del for gene regulation // J. Mol. Biol.–1995.–254, N 2.– P. 130–149. 25. Anderson J. D., Thastrom A., Widom J. Spontaneous access of proteins to buried nucleosomal DNA target sites occurs via a mechanism that is distinct from nucleosome translocation // Mol. Cell. Biol.–2002.–22, N 20.–P. 7147–7157. 26. Li G., Levitus M., Bustamante C., Widom J. Rapid spontane- ous accessibility of nucleosomal DNA // Nat. Struct. Mol. Biol.–2005.–12, N 1.–P. 46–53. 27. Hodges C., Bintu L., Lubkowska L., Kashlev M., Bustamante C. Nucleosomal fluctuations govern the transcription dyna- mics of RNA polymerase II // Science.–2009.–325, N 5940.– P. 626–628. 28. Muthurajan U. M., Park Y. J., Edayathumangalam R. S., Suto R. K., Chakravarthy S., Dyer P. N., Luger K. Structure and dynamics of nucleosomal DNA // Biopolymers.–2003.–68, N 4.–P. 547–556. 29. Li G., Widom J. Nucleosomes facilitate their own invasion // Nat. Struct. Mol. Biol.–2004.–11, N 8.–P. 763–769. 30. Tomschik M., Zheng H., van Holde K., Zlatanova J., Leuba S. H. Fast, long-range, reversible conformational fluctuations in nucleosomes revealed by single-pair fluorescence resonance energy transfer // Proc. Nat. Acad. Sci. USA.–2005.–102, N 9.–P. 3278–3283. 31. Cook P. R., Brazell I. A. Conformational constraints in nucle- ar DNA // J. Cell Sci.–1976.–22, N 2.–P. 287–302. 32. Benyajati C., Worcel A. Isolation, characterization, and stru- cture of the folded interphase genome of Drosophila mela- nogaster // Cell.–1976.–9, N 3.–P. 393–407. 33. Lebkowski J. S., Laemmli U. K. Nonhistone proteins and long range organization of HeLa interphase DNA // J. Mol. Biol.– 1982.–156, N 2.–P. 325–344. 34. Hamiche A., Carot V., Alilat M., De Lucia F., O’Donohue M. F., Revet B., Prunell A. Interaction of the histone (H3–H4)2 tetramer of the nucleosome with positively supercoiled DNA minicircles: Potential flipping of the protein from a left- to a right-handed superhelical form // Proc. Nat. Acad. Sci. USA.–1996.–93, N 15.–P. 7588–7593. 35. Sivolob A., De Lucia F., Revet B., Prunell A. Nucleosome dy- namics II. High flexibility of nucleosome entering and exiting DNAs to positive crossing // J. Mol. Biol.–1999.–285, N 3.– P. 1081–1099. 36. De Lucia F., Alilat M., Sivolob A., Prunell A. Nucleosome dy- namics III. Histone tail-dependent fluctuation of nucleoso- mes between open and closed DNA conformations // J. Mol. Biol.–1999.–285, N 3.–P. 1101–1119. 37. Alilat M., Sivolob A., Revet B., Prunell A. Nucleosome dyna- mics IV. Protein and DNA contributions in the chiral tran- sition of the tetrasome, the histone (H3-H4)2 tetramer-DNA particle // J. Mol. Biol.–1999.–291, N 4.–P. 815– 841. 38. Sivolob A., Prunell A. Nucleosome dynamics V. Ethidium bromide versus histone tails in modulating ethidium bromi- de-driven tetrasome chiral transition // J. Mol. Biol.–2000.– 295, N 1.–P. 41–53. 39. Sivolob A., De Lucia F., Alilat M., Prunell A. Nucleosome dy- namics. VI. Histone tail regulation of tetrasome chiral tran- sition. A relaxation study of tetrasomes on DNA minicircles // J. Mol. Biol.–2000.–295, N 1.–P. 55–69. 358 СИ ВО ЛОБ А. В. 40. Sivolob A., Lavelle C., Prunell A. Sequence-dependent nuc- leosome structural and dynamic polymorphism. Potential in- volvement of histone H2B N-terminal tail proximal domain // J. Mol. Biol.–2003.–326, N 1.–P. 49–63. 41. Sivolob A., Prunell A. Linker histone-dependent organization and dynamics of nucleosome entry/exit DNAs // J. Mol. Bi- ol.–2003.–331, N 5.–P. 1025–1040. 42. Conde e Silva N., Black B. E., Sivolob A., Filipski J., Cleve- land D. W., Prunell A. CENP-A-containing nucleosomes: ea- sier disassembly versus exclusive centromeric localization // J. Mol. Biol.–2007.–370, N 3.–P. 555–573. 43. Ito T., Ikehara T., Nakagawa T., Kraus W.L., Muramatsu M. p300-mediated acetylation facilitates the transfer of histone H2A-H2B dimers from nucleosomes to a histone chaperone // Genes Devеloр.– 2000.–14, N 15.–P. 1899–1907. 44. Reinberg D., Sims R. J. de FACTo nucleosome dynamics // J. Biol. Chem.–2006.–281, N 33.–P. 23297–23301. 45. Prunell A., Sivolob A. Paradox lost: nucleosome structure and dynamics by the DNA minicircle approach // Chromatin structure and dynamics: state-of-the-art. New Comprehensi- ve Biochemistry / Eds J. Zlatanova, S. H. Leuba.–Amster- dam: Elsevier, 2004.–Vol. 39.–P. 45–74. 46. Sivolob A., Prunell A. Nucleosome conformational flexibility and implications for chromatin dynamics // Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. A.–2004.–362, N 1820.–P. 1519–1547. 47. Sivolob A., Lavelle C., Prunell A. Flexibility of nucleosomes on topologically constrained DNA // IMA Volumes in Mathe- matics and its Applications / Eds C. J. Benham, S. Harvey, W. Olson, D. W. Sumners, D. Swigon.–New York: Springer, 2009.–Vol. 150.–P. 251–291. 48. Strick T. R., Allemand J.-F., Bensimon D., Bensimon A., Cro- quette V. The elasticity of a single supercoiled DNA molecule // Science.–1996.–271, N 5257.–P. 1835–1837. 49. Strick T. R., Allemand J.-F., Bensimon D., Croquette V. Be- havior of supercoiled DNA // Biophys. J.–1998.–74, N 4.– P. 2016–2028. 50. Strick T. R., Allemand J.-F., Bensimon D., Croquette V. Stress-induced structural transitions in DNA and proteins // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct.–2000.–29.–P. 523– 543. 51. Strick T. R., Croquette V., Bensimon D. Homologous pairing in stretched supercoiled DNA // Proc. Nat. Acad. Sci. USA.– 1998.–95, N 18.–P. 10579–10583. 52. Bancaud A., Conde e Silva N., Barbi M., Wagner G., Alle- mand J. F., Mozziconacci J., Lavelle C., Croquette V., Victor J.-M., Prunell A., Viovy J.-L. Structural plasticity of single chromatin fibers revealed by torsional manipulation // Nat. Struct. Mol. Biol.–2006.–13, N 5.–P. 444–450. 53. Bancaud A., Wagner G., Conde e Silva N., Lavelle C., Wong H., Mozziconacci J., Barbi M., Sivolob A., Le Cam E., Moua- wad L., Viovy J.-L., Victor J.-M., Prunell A. Nucleosome chi- ral transition under positive torsional stress in single chroma- tin fibers // Mol. Cell.–2007.–27, N 1.–P. 135–147. 54. Benedict R. C., Moudrianakis E. N., Ackers G. K. Interactions of the nucleosomal core histones: a calorimetric study of oc- tamer assembly // Biochemistry.–1984.–23, N 6.–P. 1214– 1218. 55. Liu L. F., Wang J. C. Supercoiling of the DNA template du- ring transcription // Proc. Nat. Acad. Sci. USA.–1987.–84, N 20.–P. 7024–7027. 56. Tsao Y.-P., Wu H.-Y., Liu L. F. Transcription-driven super- coiling of DNA: direct biochemical evidence from in vitro studies // Cell.–1989.–56, N 1.–P. 111–118. 57. Rahmouni A. R., Wells R. D. Direct evidence for the effect of transcription on local DNA supercoiling in vivo // J. Mol. Biol.–1992.–223, N 1.–P. 131–144. 58. Kramer P. R., Sinden R. R. Measurement of unrestrained ne- gative supercoiling and topological domain size in living hu- man cells // Biochemistry.–1997.–36, N 11.–P. 3151–3158. 59. Wang Z., Droge P. Long-range effects in a supercoiled DNA domain generated by transcription in vitro // J. Mol. Biol.– 1997.–271, N 4.–P. 499–510. 60. Kouzine F., Sanford S., Elisha-Feil Z., Levens D. The func- tional response of upstream DNA to dynamic supercoiling in vivo // Nat. Struct. Mol. Biol.–2008.–15, N 2.–P. 146–154. 61. Wang J. C. Cellular roles of DNA topoisomerases: a molecu- lar perspective // Nat. Rev. Mol. Cell Biol.–2002.–3, N 6.– P. 430–440. 62. Salceda J., Fernandez X., Roca J. Topoisomerase II, not to- poisomerase I, is the proficient relaxase of nucleosomal DNA // EMBO J.– 2006.–25, N 11.–P. 2575–2583. 63. Harada Y., Ohara O., Takatsuki A., Itoh H., Shimamoto N., Kinosita K. Direct observation of DNA rotation during trans- cription by Escherichia coli RNA polymerase // Nature.– 2001.–409, N 6816.–P. 113–115. UDC 577.323 Received 11.03.10 359 КОН ФОР МА ЦИ ОН НАЯ ПОД ВИЖ НОСТЬ НУК ЛЕ О СОМ В ЭКС ПЕ РИ МЕН ТАХ C ФИБРИЛЛАМИ

Ähnliche Einträge