Nucleosome dynamics resolved with single-pair fluorescence resonance energy transfer spectroscopy

Nucleosome Dynamics Resolved with Single-Pair Fluorescence Resonance Energy Transfer Spectroscopy Het oprollen van DNA in een nucleosoom is de eerste stap van DNA condensatie in de eukariotische celkern. Nucleosomen vormen obstakels voor enzymen die het opgevouwen DNA binden, en spelen om die reden een belangrijke rol in genregulatie. Om te begrijpen hoe de toegankelijkheid van nucleosomaal DNA wordt gecontroleerd, is het noodzakelijk om de moleculaire mechanismen te ontrafelen die hieraan ten grondslag liggen. Dit proefschrift doet verslag van een experimentele studie met behulp van enkel-paar Fluorescentie Resonantie Energie Overdracht Spectroscopie (single-pair Fluorescence Resonance Energy Transfer, ofwel spFRET). De technieken die we hebben ontwikkeld zijn met name geschikt om de dynamica te bestuderen van heterogene DNA-eiwitcomplexen. Met behulp van spFRET was het mogelijk om de structuur van het DNA in __n enkel nucleosoom te volgen in de tijd. Daarmee laten we zien dat nucleosomaal DNA spontaan loskomt van de histon kern. Doordat dit frequent gebeurt, is het DN A in nucleosomen toegankelijk voor enzymen op biologische relevante tijdschalen.UBL - phd migration 201

spFRET Using Alternating Excitation and FCS Reveals Progressive DNA Unwrapping in Nucleosomes

AbstractAccessibility to DNA wrapped in nucleosomes is essential for nuclear processes such as DNA transcription. Large conformational changes in nucleosome structure are required to facilitate protein binding to target sites within nucleosomal DNA. Transient unwrapping of DNA from nucleosome ends can provide an intrinsic exposure of wrapped DNA, allowing proteins to bind DNA that would otherwise be occluded in the nucleosome. The molecular details underlying these mechanisms remain to be resolved. Here we show how DNA unwrapping occurs progressively from both nucleosome ends. We performed single-pair fluorescence resonance energy transfer (spFRET) spectroscopy with alternating laser excitation (ALEX) on nucleosomes either in free solution or confined in a gel after PAGE separation. We combined ALEX-spFRET with a correlation analysis on selected bursts of fluorescence, to resolve a variety of unwrapped nucleosome conformations. The experiments reveal that nucleosomes are unwrapped with an equilibrium constant of ∼0.2–0.6 at nucleosome ends and ∼0.1 at a location 27 basepairs inside the nucleosome, but still remain stably associated. Our findings, obtained using a powerful combination of single-molecule fluorescence techniques and gel electrophoresis, emphasize the delicate interplay between DNA accessibility and condensation in chromatin