I nucleosomi sono le particelle del DNA responsabili della compattazione e della trascrizione e possono anche trasportare informazioni ereditarie. Ogni nucleosoma ha un diametro di circa 10 nm ed è costituito da filamenti di DNA avvolti a spirale attorno a un nucleo di proteina semplice chiamata istone. I nucleosomi si trovano nel nucleo di una cellula e, quando sono attaccati al DNA, formano una delle sette forme di cromatina.
Quando i nucleosomi si attaccano ai filamenti di DNA come subunità ripetute, la struttura assomiglia a una “fila di perline”. Mentre è in questa forma, il DNA è in fase di trascrizione attiva, il processo attraverso il quale il DNA viene convertito in RNA. Il DNA non viene convertito direttamente in proteine per evitare errori e contaminazioni.
La struttura del nucleosoma è centrata attorno alla proteina dell’istone. L’istone è una proteina semplice con alte concentrazioni di amminoacidi, che sono i mattoni fondamentali dei geni. Ogni nucleo istonico contiene coppie di ciascuno dei quattro tipi di proteine istoniche, che formano l’ottomero dell’istone. Intorno all’istone ottomero avvolgono 146 paia di basi di DNA nella sua forma superelica, formando insieme il nucleosoma.
I nucleosomi sono l'”impacchettamento” del DNA nel nucleo di una cellula e la struttura caratteristica è ciò che determina l’accessibilità del DNA. I prodotti chimici responsabili della trascrizione non possono connettersi alla cromatina se un nucleosoma è d’intralcio, quindi le proteine di trascrizione devono prima espellere completamente il nucleosoma o farlo scorrere lungo la molecola di DNA fino a quando la cromatina non è esposta. Una volta che quella porzione di DNA viene trascritta nell’RNA, i nucleosomi possono tornare nella loro posizione originale.
Se allungato in linea retta, il DNA in ciascun nucleo di mammifero misurerebbe circa due metri di lunghezza, ma il nucleo di una cellula di mammifero ha un diametro di soli 10 micrometri. È la complessa azione di piegatura dei nucleosomi che consente al DNA di adattarsi al nucleo. L’aspetto “perline su un filo” deriva dal DNA “linker” che collega ciascun nucleosoma per formare una fibra di circa 10 nm di diametro. In presenza dell’istone H1, catene ripetute di nucleosomi possono formare catene di 30 nm di diametro, con un rapporto di impaccamento molto più denso. La presenza di H1 nel nucleo del nucleosoma si traduce in una maggiore efficienza di impaccamento, poiché le proteine vicine reagiscono per avviare sequenze di ripiegamento e looping che consentono di contenere così tante informazioni in un pacchetto così piccolo. Ancora oggi, l’esatto meccanismo di impacchettamento avviato dai nucleosomi non è completamente compreso.