Nukleosomen, Verbindungs-DNA und Verbindungs-Histon bilden ein einzigartiges strukturelles Motiv, das die höhere Faltung und Verdichtung von Chromatin steuert

Das Verdichtungsniveau von Arrays von Nukleosomen kann im Hinblick auf das Gleichgewicht zwischen der Selbstabstoßung von DNA (hauptsächlich Verbindungs-DNA) und entgegenwirkenden Faktoren wie der ionischen Stärke und Zusammensetzung des Mediums, den stark basischen N-Termini der Kernhistone und Verbindungs-Histonen verstanden werden. Die strukturellen Prinzipien, die bei der Übergang von einer lockeren Kette von Nukleosomen zu einem kompakten 30-nm-Chromatinfaser eine Rolle spielen, waren jedoch schwer zu bestimmen, und die Anordnung von Nukleosomen und Verbindungs-DNA in kondensierten Chromatinfasern wurde nie vollständig geklärt. Basierend auf Bildern der Lösungs-Konformation von nativem Chromatin und vollständig definierten Chromatin-Arrays, die durch Elektronen-Cryomikroskopie erhalten wurden, berichten wir von einem histonabhängigen architektonischen Motiv jenseits des Nukleosom-Kernpartikels, das die Form einer stammbasierten Organisation der eingehenden und ausgehenden Verbindungs-DNA-Segmente annimmt. DNA vollzieht ungefähr 1,7 Umdrehungen am Histon-Oktamer in Anwesenheit und Abwesenheit von Verbindungs-Histon. Wenn Verbindungs-Histon vorhanden ist, stehen die beiden Verbindungs-DNA-Segmente ungefähr 8 nm vom Nukleosom-Zentrum entfernt nah beieinander und bleiben für 3-5 nm aneinander, bevor sie sich divergieren. Wir schlagen vor, dass dieses Stammmotiv die Anordnung von Nukleosomen und Verbindungs-DNA innerhalb der Chromatinfaser steuert und ein einzigartiges dreidimensionales Zickzack-Faltungsmuster etabliert, das während der Verdichtung erhalten bleibt. Eine solche Anordnung mit peripher angeordneten Nukleosomen und internen Verbindungs-DNA-Segmenten ist vollständig konsistent mit Beobachtungen in intakten Kernen und ermöglicht auch dramatische Änderungen des Verdichtungsniveaus ohne eine begleitende Änderung der Topologie.