Eukaryoten hebben grote genomen in vergelijking met prokaryoten. Om hun genomen in een cel te passen, moeten eukaryoten hun DNA klein opvouwen om in de kern te passen. Om dit te doen, wordt DNA rond eiwitten gewikkeld die histonen worden genoemd om nucleosomen te vormen, de belangrijkste eenheid van de DNA-verpakking. Nucleosomen wikkelen zich vervolgens op tot compacte vezels die bekend staan als chromatine.
De meeste cellen in het menselijk lichaam bevatten ongeveer 3 miljard basenparen die verpakt zijn in 23 paar chromosomen. Het is moeilijk voor te stellen hoeveel DNA dit precies is. Dus hoeveel verpakking moet er gebeuren om het genoom in een cel te passen?
We kunnen enig inzicht krijgen door het genoom uit te drukken in lengte. Als we het DNA van een enkele menselijke cel, zoals een huidcel, in een rechte lijn zou worden gerangschikt, zou het meer dan twee meter lang zijn. Het menselijk lichaam bevat ongeveer 50 biljoen menselijke cellen. Dit betekent dat elke persoon in totaal ongeveer 100 biljoen meter DNA bezit. Met andere woorden, elke persoon heeft genoeg DNA om 300 keer van de aarde naar de zon te gaan!
Mensen hebben niet eens bijzonder grote genomen. Veel vissen, amfibieën en bloeiende planten hebben veel grotere genomen. Het genoom van de bloeiende plant Paris japonica is bijvoorbeeld 25 keer groter dan het menselijke diploïde genoom. Deze cijfers benadrukken de verbazingwekkende taak die eukaryoten moeten volbrengen om hun DNA in cellen te stoppen.
Elk nucleosoom bestaat uit DNA dat rond een kern van acht histoneneiwitten is gewikkeld. Elke kern is samengesteld uit vier verschillende soorten histonen – H2A, H2B, H3 en H4 – die elk in twee exemplaren aanwezig zijn. Een ander type histon – H1 – bindt aan zowel het nucleosoom als het linker-DNA, waardoor de structuur wordt gestabiliseerd.
DNA wordt compacter gemaakt door nucleosomen en linker-DNA in chromatinevezels te wikkelen . Niet-gecondenseerde chromatinevezels, of euchromatine, hebben een diameter van ongeveer 10 nm. Nucleosomen lijken in deze vezels op kralen aan een touwtje. Terwijl het DNA verder condenseert, wikkelen de 10-nm-vezels zich op in strengen die ongeveer 30 nm dik zijn, die vervolgens lussen vormen om 300-nm dikke vezels te vormen. Wanneer chromatine volledig is samengeperst, staat het bekend als heterochromatine.
De losjes gepakte structuur van euchromatine geeft enzymen, zoals RNA-polymerase, toegang tot het DNA. Transcriptie komt daarom voornamelijk voor in euchromatische gebieden van het genoom, die rijk zijn aan genen. De dicht opeengepakte structuur van heterochromatine blokkeert daarentegen de toegang tot het DNA, waardoor transcriptie wordt voorkomen. Heterochromatine overheerst in de centromeren en telomeren van chromosomen, waar zeer repetitieve DNA-sequenties veel vaker voorkomen dan genen. Bovendien kunnen organismen het niveau van DNA-pakking dynamisch aanpassen in reactie op cellulaire en externe omgevingsfactoren, waardoor het DNA wordt gedecondenseerd wanneer genen moeten worden ingeschakeld, en opnieuw gecondenseerd om ze uit te schakelen.
