Негістонові білки складають близько 20% від усіх білків хроматину. За визначенням, негістонові білки - це все білки хроматину, крім гістонів, що виділяються з хроматином або хромосомами. Це збірна група білків, що відрізняються один від одного як за загальними властивостями, так і за функціональною значимістю. Близько 80% з негістонових білків відноситься до білків ядерного матриксу, які виявляються як у складі інтерфазних ядер, так і мітотичних хромосом. Ця група білків буде окремо розглянуто в розділі, присвяченому комплексу структур, що входять до складу ядерного матриксу: фіброзний шар або ламина ядерної оболонки і внутрішній ядерний матрикс, інтерхроматіновиє мережу, матрикс ядерця.
До фракції негістонових білків може входити близько 450 індивідуальних білків з різною молекулярною масою (5-200 кД). Частина цих білків водорозчинних, частина розчинна в кислих розчинах, частина неміцно пов'язана з хроматином і дисоціює при 0,35 М концентрації солей (3 М NaCI) в присутності денатуруючих агентів (5 М сечовина). Тому характеристика і класифікація цих білків утруднена, а самі білки ще недостатньо вивчені.
Серед негістонових білків виявляється цілий ряд регуляторних білків як стимулюючих ініціацію транскрипції, так і пригнічують її, виявлені білки специфічно зв'язуються з певними послідовностями на ДНК. До негістонових білок відносять також ферменти, що беруть участь у метаболізмі нуклеїнових кислот (ДНК-полімерази, ДНК-топоізомерази, метилаза ДНК і РНК, РНК-полімерази, РНКази і ДНКази і т.д.), білків хроматину (протеїнкінази, метилаза, ацетілази, протеази і ін.) і багато інших.
Найбільш докладно вивчені неістоновие білки т.зв. групи з високою рухливістю (HMG - high mobility group, або «білки Джонса»). Вони добре екстрагуються в 0,35 М NaCI і 5% HCIO4 і мають високу електрофоретичної рухливістю (звідси їх назва). Основних HMG-білків чотири: HMG-1 (м.в. = 25500), HMG-2 (м.в. = 26000), HMG-14 (м.в. = 100000. HMG-17 (м.в. = 9247). Ця група найбільш багата представлена серед негістонових білків: в клітці їх близько 5% від усього числа гістонів. Особливо часто ці білки зустрічаються в активному хроматині (приблизно 1 молекула HMG-білка на 10 нуклеосом). білки HMG-1 і HMG- 2 цієї статті не входять до складу нуклеосом, а зв'язуються, мабуть з лінкерних ділянками ДНК. Білки HMG-14 і HMG-17 зв'язуються з серцевинними білками нуклеосом, що забезпечує, ймовірно, зміна рівня компактизації фібрил ДНП, які стають бо її доступними для взаємодії з РНК-полімерази. У цьому випадку HMG-білки виступають в якості регуляторів транскрипционной активності. Було виявлено, що фракція хроматину, що володіє підвищеною чутливістю до ДНКаза I, збагачена HMG-білками.
Петльові домени ДНК - третій рівень структурної організації хроматину
Розшифровка принципу будови елементарних хромосомних компонентів - нуклеосом і 30 нм фібрил - ще мало що дає для розуміння основ тривимірної організації хромосом, як в інтерфазі, так і в мітозі. Сорокакратний ущільнення ДНК, яке досягається при сверхспіральном характері її компактизації, абсолютно ще недостатньо для отримання реального (1 x 10 4) рівня ущільнення ДНК. Отже повинні існувати більш високі рівні компактизації ДНК, які в кінцевому рахунку повинні визначати розміри і загальні характеристики хромосом. Такі вищі рівні організації хроматину були виявлені при штучної його деконденсаціі, коли було знайдено, що підтримка їх пов'язано з негістонових білками. В цьому випадку специфічні білки зв'язуються з особливими ділянками ДНК, які в місцях зв'язування утворюють великі петлі або домени. Таким чином наступні вищі рівні компактизації ДНК пов'язані не з її додаткової спирализация, а з утворенням поперечної петлистой структури, що йде уздовж інтерфазної або митотической хромосоми.
Як уже зазначалося, складна структура ядра або нуклеоида прокаріотів організована у вигляді ієрархії петльових доменів ДНК, пов'язаних з невеликою кількістю спеціальних білків.
Петлевой принцип упаковки ДНК виявляється також і у еукаріотів. Так якщо виділені ядра обробити 2 М NaCI, тобто видалити всі гістони, то цілісність ядра зберігається, за винятком того, що навколо ядра виникне т.зв. «Гало», що складається з величезної кількості петель ДНК. Така структура ядер отримала назву «нуклеоида» (це тільки термінологічне схожість з ядерним апаратом прокаріот). Гало (або периферія такого нуклеоида) складається з величезного (до 50000) кількості замкнутих на периферії петель ДНК, із середнім розміром петель близько 60 т.п.н. підставу яких закріплено десь всередині ядра, на ділянках негістонових білків. Тим самим вважається, що після видалення гістонів підстави петльових доменів ДНК, пов'язані з т.зв. «Матриксом» або «скефолди» - негістонових білковим остовом інтерфазних ядра. Виявилося, що ділянки ДНК, пов'язані з цим кістяком, мають особливе спорідненість до негістонових білків, їх склад вивчений, вони отримали назву MAR (matrix attachment region) або SAR (scaffold attachment region) ділянок.
Виявилося, що петльові домени ДНК інтерфазних ядер можна виділити. У виділених ядрах в присутності двовалентних катіонів (2 мМ Ca ++) в хроматині ядра виявляються невеликі згустки величиною близько 100 нм, т.зв. хромомери. Якщо такі хромомери препаративно виділити, а потім екстрагувати з них гістони, то під електронним мікроскопом можна бачити розетковідние петлясті структури, де окремі петлі відходять від центрального щільного ділянки. Кількість петель в такій розетці може становити 15-80, а загальна величина ДНК може досягати 200 т.п.н. з сумарною довжиною ДНК до 50 мкм. Обробка таких розеток протеиназами призводить до зникнення щільною центральної області розетки і до розгортання петель ДНК.
Ознаки петлевий доменної організації хроматину можна спостерігати за допомогою електронного мікроскопа після приміщення ядер або хромосом в сольові розчини низької іонної сили (0,01 М NaCI) в присутності низьких концентрацій двовалентних катіонів (1 мМ). У цих умовах не відбувається депротеїнізації хроматину, він зберігає свою нормальну хімічну композицію, але значно розпушується і представлений стандартними фибриллами товщиною 30 нм. При цьому в деяких місцях можна бачити, що окремі згустки конденсованого хроматину виявляють особливу структуру. Це - розетковідние освіти, що складаються з багатьох петель30 нм фібрил, що з'єднуються в загальному щільному центрі. Середній розмір таких петлістих розеток досягає 100-150 нм. Подібні розетки фібрил хроматину - хромомери - можна бачити в ядрах найрізноманітніших об'єктів, тварин, рослин, найпростіших (рис. 63).
Особливо демонстративно такі хромомери виявляються на тотальних препаратах хроматину з макронуклеус інфузорії Bursaria. В цьому випадку можна бачити, що кожен хромомер складається з декількох містять нуклеосоми петель, які пов'язані в одному центрі. Хромомери пов'язані один з одним ділянками нуклеосомної хроматину, так що в цілому видно ланцюжок розетковілних структур (рис. 64).
Подібні картини можна спостерігати при розпушенні політенних хромосом. Тут хромомери у вигляді розеток хроматину виявляються в зонах хроматінових дисків, в той час як междискових ділянки їх не містять (рис. 65). При деконденсаціі хроматину ядер деяких рослин (Allium, Haemantnus, Vicia), для яких характерна особлива структура інтерфазних ядер, хромомери видно в складі хромонемних ниток.
Подібні розетковідние петлясті структури, хромомери, можна бачити також при розпушенні і мітотичних хромосом як тварин, так і рослин. Отже, хромосомні 30 нм фібрили, що складаються з ДНК і гістонів, упаковуються в вигляді петлістих розетковідних структур, зазнаючи ще додаткову компактизації. Це третій рівень структурної організації хроматину, як вважається, може призводити вже до 600-кратної компактизации ДНК (рис. 66).
Важливо відзначити, що розмір окремих петльових доменів збігається з розміром середніх репліконов і може відповідати одному або декільком генам. У своїх підставах петлі ДНК пов'язані негістонових білками ядерного матриксу, до складу яких можуть входити як ферменти реплікації ДНК, так і транскрипції. Така петельно-доменна структура хроматину забезпечує не тільки структурну компактизації хроматину, а й організовує функціональні одиниці хромосом - реплікони і транскрібіруемих гени. Комплекс білків, що беруть участь в такій структурно-функціональної організації хроматину, відноситься до білків ядерного матриксу.