Der Prozess der Chromosomenduplikation während der Zellteilung erfordert einen genomweiten Aufschluss und Wiederaufbau des Chromatins. Die Chromatinstruktur muss in den Tochterzellen genau vererbt, wieder zusammengesetzt und aufrechterhalten werden, um die Vermehrung der Abstammungslinie zu gewährleisten.

Die Grundeinheit des Chromatins ist das Nukleosom, bestehend aus DNA, die um oktamere Histonproteine gewickelt ist, und kurzen Abschnitten aus Linker-DNA, die die einzelnen Nukleosomen voneinander trennen. Die Histonproteine im Nukleosom haben ihre N-terminalen Enden, die aus dem Kern herausragen und Stellen für verschiedene kovalente Modifikationen bieten, die die Chromatinstruktur und -funktion regulieren.

Während der Replikation, wenn sich die DNA abwickelt, werden die elterlichen Nukleosomen zerstört und Histonproteine freigesetzt. Mit fortschreitender Replikation und der Bildung von Tochtersträngen werden die elterlichen Histone und die zusätzlichen Histonproteine, die während der S-Phase synthetisiert werden, assembliert, was die Bildung von Nukleosomen ermöglicht.

Die posttranslationalen Modifikationen der Histone und anderer epigenetischer Domänen in der DNA werden auch im Tochtergenom originalgetreu reproduziert.

Chromatinstruktur beeinflusst Genexpression

Innerhalb einer Zelle bleibt der größte Teil des Genoms für Transkriptionsfaktoren unzugänglich, da die regulatorischen und kodierenden DNA-Sequenzen größtenteils in den Nukleosomen verborgen sind. Damit ein Gen exprimieren kann, ist es notwendig, zugängliche Stellen zu schaffen, an die Transkriptionsfaktoren binden können, und auch die Histone zu modifizieren, um die Chromatinstruktur neu zu organisieren und eine Umgebung zu schaffen, die für die Transkription durchlässig ist.

Spezifische regulatorische Faktorenkomplexe sind an der Öffnung lokalisierter Regionen des Chromatins durch Verdrängung oder Zerstörung von Nukleosomen beteiligt. Posttranslationale Modifikationen des Histonschwanzes dienen dazu, entweder einen aktiven oder inaktiven Transkriptionszustand aufrechtzuerhalten. Spezifische Modifikationen am Histonschwanz können den Grad der DNA-Verdichtung erleichtern, die Destabilisierung und Verdrängung von Nukleosomen erleichtern und der Transkriptionsmaschinerie den Zugang zur Beeinflussung der Genexpression ermöglichen.