The histones ir pamata olbaltumvielas, kas mijiedarbojas ar DNS, lai veidotu nucleosomes, kas veido tās daļas hromatīna sastāvdaļu hromosomas eikariotiem.
Nukleosomas, kompleksi, kas sastāv no DNS un olbaltumvielām, tika atklāti 1974. gadā, un tieši histoni veido šo hromatīna organizācijas pamatlīmeni. Tomēr histonu olbaltumvielu esamība ir zināma jau pirms 60. gadiem.
Nukleosomas ar histonu astoņstūra centru un ap to sagrieztu DNS grafisks attēlojums (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā, izmantojot Wikimedia Commons)
Histoni ir organizēti tādā veidā, ka divpavedienu DNS ietina ap olbaltumvielu centru, kas sastāv no šiem proteīniem, kuri cieši mijiedarbojas viens ar otru. Histonu centrs ir diska formas, un DNS iet apmēram 1,7 reizes.
Vairākas ūdeņraža saites ļauj DNS saistīties ar olbaltumvielu centru, ko veido histoni katrā nukleosomā. Šīs saites lielākoties veidojas starp histonu aminoskābju pamatiem un DNS cukura-fosfāta mugurkaulu. Piedalās arī dažas hidrofobiskas mijiedarbības un jonu saites.
Olbaltumvielas, kas pazīstamas kā “hromatīna pārveidošanas kompleksi”, ir atbildīgas par DNS un histonu savienojuma saišu pārrāvumu un veidošanu, ļaujot transkripcijas mašīnām iekļūt nukleosomās esošajā DNS.
Neskatoties uz nukleīnskābju tuvumu olbaltumvielu centram, ko veido histoni, tās ir izkārtotas tā, ka vajadzības gadījumā tās ļauj ievadīt transkripcijas faktorus un citas olbaltumvielas, kas saistītas ar gēnu ekspresiju vai gēnu apklusināšanu .
Histonos var veikt dažādas modifikācijas, kas ģenerē vairākus variantus, ļaujot pastāvēt daudzām dažādām hromatīna formām, kurām ir īpašība dažādos veidos modulēt gēnu ekspresiju.
raksturojums
Tie ir viens no dabā konservētākajiem eikariotu proteīniem. Piemēram, ir pierādīts, ka zirņu histons H4 atšķiras tikai divās no govs H4 olbaltumvielu 102 aminoskābju pozīcijām.
Histoni ir salīdzinoši mazi proteīni, ar ne vairāk kā 140 aminoskābēm. Tie ir bagāti ar pamata aminoskābju atlikumiem, tāpēc tiem ir tīrs pozitīvs lādiņš, kas veicina to mijiedarbību ar negatīvi lādētu nukleīnskābi, veidojot nukleosomas.
Ir zināmi nukleosomāli un pārejoši histoni. Nukleosomāli histoni ir H3, H4, H2A un H2B, savukārt saistošie histoni pieder H1 histonu saimei.
Nukleosomu montāžas laikā sākotnēji veidojas specifiski dimēri H3-H4 un H2A-H2B. Pēc tam divi H3-H4 dimēri savienojas, veidojot tetramerus, kas vēlāk apvienojas ar H2A-H2B dimēriem, veidojot oktamerisko centru.
Visi histoni tiek sintezēti galvenokārt šūnu cikla S fāzē, un nukleosomas tiek samontētas topošajās DNS helikāzēs tūlīt pēc replikācijas dakšas.
Uzbūve
Histonu vispārējā struktūra ietver pamata aminoskābju reģionu un globulāro karboksilreģionu, kas ir ļoti konservēts eikariotu organismu vidū.
Par olbaltumvielu-olbaltumvielu mijiedarbību starp histoniem, kas veido nukleosomu, ir atbildīgs par strukturālu motīvu, kas pazīstams kā “histona kroka” un kas sastāv no trim alfa helikrām, kuras savienotas ar diviem matadatiem un veido nelielu hidrofobu centru.
Tieši šī histonu kroka veido šo nukleosomālo olbaltumvielu globālo karboksildomēnu visos eikariotos.
Histoniem ir arī mazas "astes" vai aminoterminālie un citi karboksilterminālie reģioni (pieejami proteāzēm), ne garāki par 40 aminoskābēm. Abi reģioni ir bagāti ar pamata aminoskābēm, kuras var tikt pakļautas vairākām post-translācijas kovalentām modifikācijām.
Saistošie histoni
Eikariotos ir divas saistošo histonu grupas, kas atšķiras viena no otras pēc struktūras. Dažiem ir trīspusēja struktūra ar iepriekš aprakstīto globulāro domēnu, kam blakus "nestrukturēti" N- un C-gala domēni; savukārt citiem ir tikai C-termināla domēns.
Lai arī lielākā daļa histonu ir saglabājušies, embrioģenēzes laikā vai specializētu šūnu nogatavināšanas laikā dažiem organismiem var rasties daži specifiski varianti. Dažas strukturālas variācijas ir saistītas ar post-translācijas modifikācijām, piemēram:
- fosforilēšana : domājams, ka tas ir saistīts ar hromatīna kondensācijas pakāpes modifikāciju, un tas parasti notiek serīna atlikumos.
- Acetilēšana : saistīta ar hromosomu reģioniem, kas ir transkripcijā aktīvi. Parasti tas notiek lizīna atlikumu sānu ķēdēs. Ja rodas šie atlikumi, to pozitīvais lādiņš samazinās, tādējādi samazinot olbaltumvielu afinitāti pret DNS.
- Metilēšana : var notikt kā lizīna atlikumu mono-, di- vai trimetilēšana, kas izvirzās no olbaltumvielu kodola.
Specifiski fermenti ir atbildīgi par šo kovalento modifikāciju veikšanu histonos. Šie fermenti ietver histona acetiltransferāzes (HAT), histonu deacetilāžu kompleksus (HDAC) un histonu metiltransferāzes un demetilazes.
Veidi
Histonu raksturojums veikts ar dažādām bioķīmiskām metodēm, starp kurām izceļas hromatogrāfijas, kuru pamatā ir vāji katjonu apmaiņas sveķi.
Daži autori izveido klasifikācijas formu, kurā eukariotos tiek izdalīti 5 galvenie histonu tipi: FI ar 21 kDa olbaltumvielām; F2A1 vai FIV, plus vai mīnus 11,3 kDa; F2A2 vai FIIbI, 14,5 kDa; F2B vai FIIb2 ar molekulmasu 13,7 kDa un F3 vai FIII ar 15,3 kDa.
Visi šie histonu veidi, izņemot IF grupu, šūnās atrodami ekvimolāros daudzumos.
Cita klasifikācija ar tādu pašu derīgumu un, iespējams, šobrīd visplašāk izmantoto, ierosina divu dažādu veidu histonu esamību, proti: tos, kas ietilpst nukleosomas oktamerā, un saistošos vai savienojošos histonus, kas pievienojas nukleosomām starp Jā.
Daži varianti var rasties arī starp sugām, un atšķirībā no serdes histoniem varianti tiek sintezēti starpfāžu laikā un tiek ievietoti iepriekš sagatavotā hromatīnā procesa laikā, kas atkarīgs no enerģijas, kas atbrīvota no ATP hidrolīzes.
Nukleosomāli histoni
Nukleosomas centru veido pāri no četriem četriem histoniem: H2a, H2b, H3 un H4; uz kuriem ir ieausti DNS segmenti ar apmēram 145 bāzes pāriem.
H4 un H2B histoni principā nav mainīgi. Dažas atšķirības tomēr ir acīmredzamas histonos H3 un H2A, kuru biofizikālās un bioķīmiskās īpašības maina normālu nukleosomas raksturu.
H2A.Z olbaltumvielu variantam cilvēkiem H2A.Z proteīnam ir liels skābs reģions un tas var veicināt nukleosomu stabilitāti atkarībā no histona H3 variantiem, ar kuriem tas ir saistīts.
Šie histoni uzrāda zināmu mainīgumu starp sugām, īpašs gadījums ir histons H2B, kuram molekulas pirmā trešdaļa ir ļoti mainīga.
Saistošie histoni
Saistošie vai savienojošie histoni ir H1 klases histoni. Tie ir atbildīgi par nukleosomu savienību un DNS aizsardzību, kas izvirzīta katras daļiņas sākumā un beigās.
Atšķirībā no nukleosomālajiem histoniem, ne visiem H1 tipa histoniem ir histona "krokas" globular reģions. Šie proteīni saistās ar DNS starp nukleosomām, atvieglojot hromatīna līdzsvara pāreju uz kondensētāku un mazāk aktīvu stāvokli transkripcijas izteiksmē.
Pētījumi ir saistījuši šos histonus ar novecošanos, DNS atjaunošanu un apoptotiskiem procesiem, tāpēc tiek uzskatīts, ka tiem ir izšķiroša loma genoma integritātes saglabāšanā.
Iespējas
Visi histonu aminoskābju atlikumi vienā vai otrā veidā piedalās mijiedarbībā ar DNS, kas izskaidro faktu, ka tie ir tik konservēti eikariotu organismu karaļvalstīs.
Histonu dalība DNS iesaiņošanā hromatīna formā ir ļoti nozīmīga sarežģītiem daudzšūnu organismiem, kuros dažādas šūnu līnijas var specializēties tikai mainot to gēnu piekļuvi transkripcijas mašīnām.
Transkripcionāli aktīvi genomiskie reģioni ir blīvi nukleosomās, kas liek domāt, ka DNS saistība ar histona olbaltumvielām ir būtiska, lai negatīvi vai pozitīvi regulētu to transkripciju.
Tāpat visā šūnas dzīves laikā reakcija uz lielu skaitu stimulu - gan iekšēju, gan ārēju - ir atkarīga no nelielām hromatīna izmaiņām, kas parasti ir saistītas ar histonu pārveidošanu un pēctranslācijas modificēšanu, kas atrodami ciešas attiecības ar DNS.
Vairāki histonu mainīgie kalpo dažādām funkcijām eikariotos. Viens no tiem ir saistīts ar histona H3 varianta līdzdalību centromerisko struktūru veidošanā, kas ir atbildīgas par hromosomu segregāciju mitozes laikā.
Ir pierādīts, ka šī proteīna ekvivalents citos eikariotos ir būtisks proteīna kinetohora salikšanai, pie kura vārpstas mikrotubulas saistās mitozes un meiozes laikā.
Atsauces
- Alberts, B., Džonsons, A., Lūiss, J., Morgans, D., Rafs, M., Roberts, K., & Valters, P. (2015). Šūnas molekulārā bioloģija (6. izdevums). Ņujorka: Garland Science.
- Kampos, EI, un Reinbergs, D. (2009). Histoni: anotē hromatīnu. Annu. Ģen. , 43, 559–599.
- Harvey, AC, & Downs, JA (2004). Kādas funkcijas nodrošina linkera histoni? Molecular Microbiology, 53, 771–775.
- Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Histonu variantu montāža hromatīnā. Annu. Kamerā. Dev. Biol., 21, 133-153.
- Īsenbergs, I. (1979). Histoni. Annu. Rev. Biochem. , 48, 159–191.
- Kornbergs, RD un Tomass, JO (1974). Hromatīna struktūra: histonu oligomēri. Zinātne, 184 (4139), 865-868.
- Smits, E., DeLange, R., un Bonners, J. (1970). Histonu ķīmija un bioloģija. Fizioloģiskie pārskati, 50 (2), 159–170.