Strutture di ordine superiore della cromatina

Una volta che i nucleosomi si sono formati, il passaggio successivo che permette di determinare un ulteriore impacchettamento del DNA è il legame dell'istone H1. Come gli istoni del core, H1 è una piccola proteina con carica netta positiva. Esso interagisce con il DNA linker costringendo il DNA ad una maggiore adesione all'ottamero istonico. Comunque, l'istone H1 ha la non comune proprietà di legare due distinte regioni del DNA duplex: la prima è il DNA linker che fiancheggia il nucleosoma, il secondo sito è nella parte mediana delle 147 bp associate all'ottamero istonico. Tenendo queste due regioni del DNA riavvicinate, il legame di H1 aumenta la lunghezza del DNA arrotolato strettamente attorno all'ottamero istonico. Il legame di H1 stabilizza, quindi, una struttura cromatinica di ordine superiore. In vitro, ad alta concentrazione salina, l'aggiunta dell'istone H1 determina una struttura avente una sezione trasversale di 30 nm: la fibra da 30 nm. Questa struttura, visibile anche in vivo, rappresenta il successivo livello strutturale necessario per condensare il DNA. Esistono due modelli strutturali che possono spiegare la fibra di 30 nm: nel primo, detto a solenoide, il DNA è organizzato in nucleosomi a formare una superelica contenente approssimativamente sei nucleosomi per giro; nel secondo, invece, detto a zig-zag, i nucleosomi si dispongono appunto a zig-zag, sempre in aggiunta dell'istone H1. Bisogna, inoltre, ricordare che gli istoni del core mancanti delle code N-terminali sono incapaci di formare la fibra da 30 nm, in quanto le code stabilizzano l'ottamero e quindi i successivi livelli di compattamento.
La condensazione del DNA nei nucleosomi e la formazione della fibra da 30 nm permettono una compattazione del DNA approssimativamente di 40 volte. Questo grado di compattazione è, però, ancora insufficiente per alloggiare 1-2 metri di DNA dentro un nucleo avente approssimativamente un diametro di 10-5 metri. Si rendono quindi necessarie altre strutture. Sebbene la natura di quest'ultime non sia ancora ben chiarita è stato proposto un modello molto condiviso: cioè quello in cui la fibra da 30 nm forma delle anse contenenti 40-90 kb di DNA. Queste anse sono bloccate alla loro base da una struttura proteica indicata come scafflod nucleare. Le proteine che fanno parte di quest'ultima struttura proteica sono principalmente la topoisomerasi II e le proteine SMC che sono componenti chiave del meccanismo di condensazione che porta alla formazione dei cromosomi dopo la replicazione del DNA. Infine, bisogna dire, che gli istoni del core sono fra le proteine eucariotiche più conservate nell'evoluzione per cui i nucleosomi formati da queste proteine sono molto simili a tutti gli eucariotici. Ma ci sono alcune varianti istoniche che possono rimpiazzare uno dei quattro istoni standard. Ad esempio, CENP-A, è associata ai nucleosomi che includono il DNA centromerico. In questa regione del cromosoma, CENP-A sostituisce l'istone H3. In questa sede la coda più lunga di CENP-A, in confronto ad H3, permette di generare nuovi siti di legame per altre componenti proteiche del cinetocore.