חיטוט את המבנה ואת הדינמיקה של נוקליאוזומים באמצעות הדמיה מיקרוסקופ כוח אטומי

התאים האיקריוטים, ה-DNA הוא מאוד מרוכז ומאורגן לתוך כרומוזומים. ¹ הרמה הראשונה של ארגון ה-DNA בתוך כרומוזום הוא ההרכבה של נוקליאוזומים ב 147 אילו bp של ה-DNA הוא מתאמץ יותר סביב ליבה octamer היסטון. ^{2 , 3} נוקלאוזום חלקיקים להרכיב על מולקולה DNA ארוך יוצרים מערך כרומטין אשר מאורגן אז עד יחידה קומפקטית מאוד כרומוזום נוצר. ⁴ פירוק של כרומטין מאפשר גישה חינם דנ א הנדרש על-ידי תהליכים תאיים קריטיים כגון שכפול שעתוק ו גנום של ג’ין, רומז שכרומטין הזה הוא מערכת דינמי מאוד. ^{5 , 6 , 7} להבנת מאפייני ה-DNA ברמות שונות של כרומטין דינמי הוא חשוב ביותר עבור שחקרתי תהליכים גנטיים ברמה המולקולרית בו טעויות עלולות להוביל מוות של תאים או ההתפתחות של מחלות כמו סרטן. ⁸ מאפיין כרומטין חשיבות רבה הוא הדינמיקה של נוקליאוזומים. ^{9 , 10 , 11 , 12} ליציבות גבוהה של חלקיקים אלה אפשרה עבור אפיון מבניים על-ידי טכניקות לחקר הגבישים. ² . איזה חוסר מחקרים אלה הם הפרטים דינמי של נוקליאוזומים כגון מנגנון ה-DNA הסרת העטיפה מן הליבה היסטון; מסלול דינמי אשר נדרשת עבור תהליכי שעתוק ושכפול. ^{7 , 9 , 13 , 14 , 15 , 16} . בנוסף, חלבונים מיוחדים כינה גורמים שיפוץ הוכחו להקל את פירוק של חלקיקים nucleosomal¹⁷; אולם, הדינמיקה הפנימית של נוקליאוזומים הוא הגורם הקריטי בתהליך זה תורם לתהליך פירוק כולו. ^{14 , 16 , 18 , 19}

מולקולה בודדת טכניקות כגון מולקולה בודדת פלורסצנטיות^19,20,21,^22,18,13,אופטי השמנה (פינצטה)²³ ו AFM ^{10 , 14 , 15 , 16 , 24 , 25 , 26} סייעו להבין את הדינמיקה של נוקליאוזומים. בין השיטות, נהנה AFM מספר תכונות ייחודי ואטרקטיבי. AFM מאפשר לנו להמחיש ולאפיין נוקליאוזומים בודדים, כמו גם את מערכי עוד²⁷. AFM תמונות, המאפיינים החשובים של נוקלאוזום מבנה כגון אורך DNA סביב ליבת היסטון יכול להיות נמדדו ^10,14,26,28; פרמטר זה הוא מרכזי האפיון של דינמיקה unwrapping נוקלאוזום. מעבר AFM מחקרים גילו נוקליאוזומים להיות דינמי מאוד ומערכות ה-DNA תוכל לפתוח באופן ספונטני מן הליבה היסטון¹⁴. ספונטנית הסרת העטיפה של ה-DNA של נוקליאוזומים היה דמיינו ישירות על ידי AFM לפעול במצב זמן לשגות כאשר ההדמיה נעשית פתרונות מימית ^14,26,29.

כניסתו של מכשור מיקרוסקופ כוח אטומי (HS-AFM) במהירות גבוהה זמן לשגות אפשרו להמחיש את התהליך unwrapping נוקלאוזום אלפיות השנייה סרגל זמן ^14,15,24. HS-AFM ^16,30 המחקרים האחרונים נוקליאוזומים ספציפי צנטרומר גילה מספר תכונות הרומן של נוקליאוזומים לעומת הסוג הקנוני. צנטרומר נוקליאוזומים מהווים של צנטרומר, חלק קטן של כרומוזום חשוב ביותר עבור כרומוזום סגרגציה³¹. בניגוד נוקליאוזומים הקנוני של כרומטין בתפזורת, ליבת היסטון צנטרומר נוקליאוזומים מכיל CENP-A היסטון במקום היסטון H3^32,33. החלפה זו היסטון, גלישת ה-DNA של נוקליאוזומים צנטרומר היא ~ 120 bp במקום 147 ~ bp נוקליאוזומים הקנוני; הבדל זה יכול להוביל מורפולוגיות שונות של צנטרומר, נוקליאוזומים הקנוני מערכים³⁴, רומז שכרומטין צנטרומר הזה עובר dynamics גבוה יותר לעומת הנפח אחד. הדינמיקות הרומן מוצג על ידי צנטרומר נוקליאוזומים במחקרים^{30 16,}HS-AFM להדגים הזדמנות ייחודית שסופקו על-ידי טכניקה זו מולקולה בודדת ישירות להמחיש את המאפיינים דינמי מבניים של נוקליאוזומים. דוגמאות לתכונות ניתן בקצרה שנדונו ואת מאויר בסוף העיתון. התקדמות זו נעשתה עקב ההתפתחות של פרוטוקולים הרומן AFM הדמיה של נוקליאוזומים, כמו גם את השינויים של שיטות קיימות. המטרה של הפרוטוקול המתואר כאן היא להפוך את ההתפתחויות הללו מרגש במחקרים נוקלאוזום AFM מולקולה בודדת נגישה לכל מי שרוצה לנצל את טכניקות האלה החקירות שלהם כרומטין. רבים אחת מהטכניקות שתוארו החלות על בעיות מעבר המחקר של נוקליאוזומים, יכול לשמש עבור חקירות אחרות חלבון ומערכות ה-DNA של עניין. ניתן למצוא כמה דוגמאות של יישומים כגון פרסומים^{35,36,37,38,39,40,41, 42,43,44,45,46,47,48,49} ועתידה של AFM מחקרים של מערכות למערכות ביולוגיות שונות ניתנות ב דעת^{29,50,51,53,54}.