Charakterystyka, struktura, typy i funkcje Histonas



The histony są podstawowymi białkami, które oddziałują z DNA dla tworzenia nukleosomów, które tworzą nici chromatyny tworzące chromosomy w organizmach eukariotycznych.

Nukleosomy, kompleksy utworzone przez DNA i białka, odkryto w 1974 r. I to histony gromadzą ten podstawowy poziom organizacji chromatyny. Jednak istnienie białek histonowych jest znane przed 1960 rokiem.

Histony są zorganizowane w taki sposób, że podwójny prążek DNA jest owinięty wokół centrum białkowego złożonego z tych białek, które ściśle ze sobą współdziałają. Centrum histonów ma kształt dysku, a DNA daje około 1,7 obrotu wokół niego.

Wiele wiązań wodorowych umożliwia wiązanie DNA z centrum białkowym utworzonym przez histony w każdym nukleosomie. Wiązania te powstają głównie między szkieletami aminokwasów histonów i szkieletem cukrowo-fosforanowym DNA. Uczestniczą w nim także niektóre oddziaływania hydrofobowe i wiązania jonowe.

Białka znane jako „kompleksy przebudowy chromatyny” są odpowiedzialne za rozpad i tworzenie wiązań wiążących między DNA i histonami, umożliwiając wejście maszynerii transkrypcyjnej do DNA zawartego w nukleosomach.

Pomimo bliskości kwasów nukleinowych do centrum białkowego utworzonego przez histony, są one rozmieszczone w taki sposób, że w razie potrzeby umożliwiają wejście czynników transkrypcyjnych i innych białek związanych z ekspresją lub wyciszeniem genetycznym..

Histony mogą podlegać różnym modyfikacjom, które generują wiele wariantów, umożliwiając istnienie wielu różnych form chromatyny, które mają właściwości modulowania ekspresji genów na różne sposoby.

Indeks

  • 1 Charakterystyka
  • 2 Struktura
    • 2.1 Histony Unii
  • 3 typy
    • 3.1 Nukleosomalne histony
    • 3.2 Histony Unii
  • 4 funkcje
  • 5 referencji

Funkcje

Są najbardziej konserwatywnymi białkami eukariotycznymi w przyrodzie. Wykazano na przykład, że histon grochu H4 różni się tylko w dwóch spośród 102 pozycji aminokwasowych białka krowiego H4.

Histony są stosunkowo małymi białkami o nie więcej niż 140 aminokwasach. Są bogate w podstawowe reszty aminokwasowe, więc mają dodatni ładunek netto, który przyczynia się do ich interakcji z kwasem nukleinowym, ujemnie naładowanym, tworząc nukleosomy.

Histony nukleosomalne i łączone lub mostkowe są znane. Histonami nukleosomalnymi są H3, H4, H2A i H2B, podczas gdy histony wiążące należą do rodziny histonów H1.

Podczas składania nukleosomu początkowo tworzą się specyficzne dimery H3-H4 i H2A-H2B. Dwa dimery H3-H4 są następnie łączone w celu utworzenia tetramerów, które są następnie łączone z dimerami H2A-H2B, tworząc centrum oktameryczne.

Wszystkie histony są syntetyzowane głównie podczas fazy S cyklu komórkowego, a nukleosomy są łączone w powstające helisy DNA, tuż po widełkach replikacji..

Struktura

Ogólna struktura histonów obejmuje podstawowy region aminokwasowy i wysoce konserwatywny kulisty region karboksylowy wśród organizmów eukariotycznych.

Motyw strukturalny znany jako „fałd histonowy”, złożony z trzech helis alfa połączonych dwoma widelcami i tworzących małe centrum hydrofobowe, jest odpowiedzialny za interakcje białko-białko między histonami tworzącymi nukleosom.

Właśnie ta fałda histonów tworzy globularną domenę karboksylową wspomnianych białek nukleosomalnych u wszystkich eukariotów.

Histony mają również małe „ogony” lub amino-końcowe i inne regiony na końcu karboksylowym (dostępne dla proteaz) o długości nie większej niż 40 aminokwasów. Oba regiony są bogate w podstawowe aminokwasy, które mogą ulegać wielu modyfikacjom kowalencyjnym potranslacyjnym.

Histony Unii

U eukariontów istnieją dwie rodziny histonów unii, zróżnicowanych według ich struktury. Niektóre mają strukturę trójdzielną, z domeną kulistą opisaną powyżej otoczoną przez N-i C-końcowe „niestrukturalne” domeny; podczas gdy inne mają tylko domenę C-końcową.

Chociaż większość histonów jest konserwowana, niektóre specyficzne warianty mogą powstać podczas embriogenezy lub dojrzewania wyspecjalizowanych komórek w niektórych organizmach. Niektóre zmiany strukturalne dotyczą modyfikacji potranslacyjnych, takich jak:

-Fosforylacja: uważa się, że ma związek ze zmianą stopnia kondensacji chromatyny i powszechnie występuje w resztach seryny.

-Acetylacja: związane z regionami chromosomowymi aktywnymi transkrypcyjnie. Zwykle występuje w łańcuchach bocznych reszt lizyny. Gdy występują na tych resztach, ładunek dodatni zmniejsza się, zmniejszając powinowactwo białek do DNA.

-Metylacja: można podawać jako mono-, di- lub tri-metilación reszt lizyny wystających z rdzenia białkowego.

Specyficzne enzymy są odpowiedzialne za te kowalencyjne modyfikacje histonów. Enzymy te obejmują acetylotransferazy histonowe (HAT), kompleksy deacetylazy histonowej (HDAC) oraz metylotransferazy i demetylazy histonowe..

Typy

Charakterystykę histonów przeprowadzono za pomocą różnych technik biochemicznych, wśród których wyróżniają się chromatografie oparte na słabych żywicach kationowymiennych.

Niektórzy autorzy ustalają metodę klasyfikacji, w której wyróżnia się 5 głównych typów histonów u eukariotów: FI, z białkami 21 kDa; F2A1 lub FIV, plus lub minus 11,3 kDa; F2A2 lub FIIbI, 14,5 kDa; F2B lub FIIb2, o masie cząsteczkowej 13,7 kDa i F3 lub FIII, 15,3 kDa.

Wszystkie te typy histonów, z wyjątkiem grupy FI, znajdują się w ilościach równomolowych w komórkach.

Inna klasyfikacja, o tej samej ważności i być może obecnie najczęściej wykorzystywana, proponuje istnienie dwóch różnych typów histonów, a mianowicie: tych, które są częścią oktameru nukleosomu i histonów połączenia lub mostka, które łączą nukleosomy między tak.

Niektóre warianty mogą również występować między gatunkami i w przeciwieństwie do histonów jądra, warianty są syntetyzowane podczas połączenia i są wprowadzane do wstępnie uformowanej chromatyny w procesie zależnym od energii uwolnionej z hydrolizy ATP..

Nukleosomalne histony

Jądro nukleosomu składa się z pary każdego z czterech konstytutywnych histonów: H2a, H2b, H3 i H4; w którym zawija się segmenty DNA o około 145 parach zasad.

Histony H4 i H2B są w zasadzie niezmienne. Pewne różnice są jednak widoczne w histonach H3 i H2A, których biofizyczne i biochemiczne właściwości zmieniają normalny charakter nukleosomu.

Wariant histonu H2A u ludzi, białko H2A.Z ma duży region kwasowy i może sprzyjać stabilności nukleosomu w zależności od wariantów histonu H3, z którymi jest powiązany.

Te histony wykazują pewną zmienność między gatunkami, będąc szczególnym przypadkiem histonu H2B, dla którego pierwsza trzecia cząsteczki jest bardzo zmienna.

Histony Unii

Histony skrzyżowań lub mostów to histony klasy H1. Są one odpowiedzialne za połączenie między nukleosomami a ochroną DNA, która wystaje na początku i końcu każdej cząstki.

W przeciwieństwie do histosomalnych histonów, nie wszystkie histony typu H1 posiadają region kulisty „fałdu” histonów. Białka te wiążą się z DNA między nukleosomami, ułatwiając zmianę równowagi chromatyny w kierunku bardziej skondensowanego i mniej aktywnego stanu, mówiąc transkrypcyjnie.

Badania powiązały te histony z procesem starzenia, naprawą DNA i procesami apoptotycznymi, więc uważa się, że odgrywają one kluczową rolę w utrzymaniu integralności genomu.

Funkcje

Wszystkie reszty aminokwasowe histonów uczestniczą, w taki czy inny sposób, w ich interakcji z DNA, co wyjaśnia fakt, że są one tak zachowane wśród królestw organizmów eukariotycznych.

Udział histonów w pakowaniu DNA w postaci chromatyny ma ogromne znaczenie dla złożonych organizmów wielokomórkowych, w których różne linie komórkowe mogą się specjalizować tylko przez zmianę dostępności ich genów do maszynerii transkrypcyjnej.

Transkrypcyjnie aktywne regiony genomowe są gęste w nukleosomach, co sugeruje, że powiązanie DNA z białkami histonowymi jest kluczowe dla negatywnej lub dodatniej regulacji ich transkrypcji.

Podobnie, przez całe życie komórki, odpowiedź na dużą liczbę bodźców, zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych, zależy od niewielkich zmian w chromatynie, które zwykle mają związek z posttranslacyjną przebudową i modyfikacją histonów znalezionych w bliski związek z DNA.

Wiele zmiennych histonowych pełni różne funkcje u eukariontów. Jedna z nich ma związek z udziałem wariantu histonu H3 w tworzeniu struktur centromerowych odpowiedzialnych za segregację chromosomów podczas mitozy.

Wykazano, że odpowiednik tego białka w innych eukariontach jest niezbędny do złożenia kinetochoru białkowego, z którym mikrotubule wrzeciona wiążą się podczas mitozy i mejozy..

Referencje

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., i Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (wyd. 6). Nowy Jork: Garland Science.
  2. Campos, E. I. i Reinberg, D. (2009). Histony: Opisywanie chromatyny. Annu. Rev. Genet., 43, 559-599.
  3. Harvey, A. C., i Downs, J. A. (2004). Jakie funkcje udostępniają histony linkera? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
  4. Henikoff, S. i Ahmad, K. (2005). Montaż Vistant Histones w Chromatin. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
  5. Isenberg, I. (1979). Histony. Annu. Rev. Biochem., 48, 159-191.
  6. Kornberg, R. D., i Thomas, J. O. (1974). Struktura chromatyny: oligomery histonów. Science, 184 (4139), 865-868.
  7. Smith, E., DeLange, R. i Bonner, J. (1970). Chemia i biologia histonów. Przeglądy fizjologiczne, 50 (2), 159-170.