О том, что ДНК в ядре расположена компактно, было известно давно, а вот сами уровни ее организации долго оставались загадкой. Не вызывали сомнения лишь первый и последний уровни упаковки.
На самом первом уровне, нуклеосомном, двойная спираль ДНК дважды оборачивается вокруг «сердцевины» из специальных белков — гистонов. Так образуются похожие на «бусины» нуклеосомы. Между «бусинами» видна нить ДНК, поэтому такую структуру часто называют «бусины на нити» (Рис. 1).
Самый высокий уровень упаковки представлен хромосомами. Хромосомы состоят из хроматина — комплекса ДНК и ассоциированных с ней белков и РНК. На картинках их часто изображают в виде плотных, Х-образных структур. Но в таком виде они находятся лишь короткое время, в одну из фаз деления клетки. В основной период «жизни» клетки, когда она не делится, форма хромосом рыхлая и напоминает спагетти (Рис. 1), что делает хромосомы более доступными для действия белков-регуляторов.
Из-за отсутствия подходящих методов промежуточные уровни упаковки ДНК долгое время приходилось изучать не в живой клетке, а in vitro (в искусственных условиях). А поскольку в растворе ДНК ведет себя по-другому, такие эксперименты иногда приводили к ошибочным представлениям. Это мешало ученым разобраться в деталях регуляции работы генов и других процессов внутри ядра.
Рис. 1. Представления об уровнях упаковки ДНК в ядре [4]. Двойная спираль ДНК «оборачивается» вокруг гистонов, образуя нуклеосомы. Нуклеосомы соединены участками свободной ДНК, формируя нуклеосомную фибриллу (структура «бусины на нити»). Раньше считалось, что она, в свою очередь, сворачивается в «30-нанометровую фибриллу», а сейчас это уже миф. Последний уровень упаковки ДНК представлен хромосомами.