Nucleosomen zijn de bouwstenen waaruit chromosomen zijn opgebouwd. Zij bestaan uit een segment DNA dat rond een kern van histon-eiwitten is gewonden.
Eerst vormen DNA en een eiwit het chromatine. Dan wordt het chromatine verpakt in nucleosomen. Nucleosomen worden vervolgens ingepakt tot een chromosoom. De pakketjes doen drie dingen: de chromosomen functioneren bij de celdeling; het zeer lange DNA wordt ingepakt in een korter pakketje; en de eiwitten regelen de genwerking in de cellen.
Nucleosomen vormen de repeterende basiseenheden van eukaryotisch chromatine. Hierdoor worden de grote eukaryote genomen in de kern verpakt en kan deze worden bestuurd.
In cellen van zoogdieren moet ongeveer twee meter lineair DNA worden verpakt in een kern van ruwweg 10 µm diameter. Nucleosomen worden gevouwen, in een reeks structuren van hogere orde, om een chromosoom te vormen. Dit vouwen verdicht het DNA en voegt een laag van regulerende controle toe. Deze controle zorgt voor een correcte genexpressie.
Aangenomen wordt dat nucleosomen epigenetisch overgeërfde informatie dragen, als modificaties van hun kernhistonen. Deze informatie kan worden doorgegeven aan dochtercellen, maar wordt gewoonlijk bij de meiose in kiemcellen uitgewist.
De nucleosoomhypothese, voorgesteld door Don en Ada Olins en Roger Kornberg in 1974, was een grote stap voorwaarts in het begrijpen van eukaryote genexpressie. Kornberg won de Nobelprijs voor scheikunde (2006) voor deze en andere ontdekkingen.
Hoewel het nucleosoom een zeer stabiel eiwit-DNA-complex is, is het niet statisch. Het ondergaat een aantal structurele herschikkingen, zoals nucleosoom glijden en DNA-plek blootstelling. Nucleosomen kunnen transcriptie remmen of vergemakkelijken.
Sinds hun ontdekking in het midden van de jaren zestig werd gedacht dat histonveranderingen de transcriptie beïnvloeden.
Sommige modificaties blijken gecorreleerd te zijn met het uitschakelen van genen, andere lijken gecorreleerd te zijn met genactivering. De op deze wijze opgeslagen informatie wordt als epigenetisch beschouwd: zij is niet in het DNA gecodeerd, maar wordt niettemin door de dochtercellen geërfd. De instandhouding van een bepaalde toestand van een gen is vaak noodzakelijk voor de celdifferentiatie.