Značilnosti, strukture, vrste in funkcije histonov



The histonov so bazični proteini, ki medsebojno delujejo z DNA za tvorbo nukleosomov, ki sestavljajo kromatinske verige, ki sestavljajo kromosome v evkariontskih organizmih.

Nukleozomi, kompleksi, ki jih tvorijo DNA in beljakovine, so odkrili leta 1974 in histoni so tisti, ki sestavljajo to bazalno raven kromatinske organizacije. Vendar pa je obstoj histonskih beljakovin znan že pred šestdesetimi leti.

Histoni so organizirani tako, da je dvojni trak DNK ovit okoli proteinskega centra, sestavljenega iz teh proteinov, ki med seboj tesno sodelujejo. Histonsko središče ima obliko diska in DNK daje okoli 1,7 obrata okoli njega.

Večkratne vodikove vezi omogočajo vezavo DNA na proteinsko središče, ki ga tvorijo histoni v vsakem nukleosomu. Te vezi tvorijo večinoma med aminokislinskimi ogrodji histonov in sladkorno-fosfatnim ogrodjem DNA. Sodelujejo tudi nekatere hidrofobne interakcije in ionske vezi.

Beljakovine, znane kot "kompleksi preoblikovanja kromatina", so odgovorne za razgradnjo in tvorbo veznih vezi med DNK in histoni, kar omogoča vstop transkripcijskega stroja v DNA, ki jo vsebujejo nukleosomi..

Kljub bližini nukleinskih kislin proteinskemu središču, ki ga tvorijo histoni, so ti urejeni tako, da po potrebi omogočajo vstop transkripcijskih faktorjev in drugih proteinov, povezanih z izražanjem ali genetskim utišanjem..

Histoni so lahko podvrženi različnim modifikacijam, ki ustvarjajo več variant, kar omogoča obstoj številnih različnih oblik kromatina, ki imajo lastnost, da modulirajo gensko ekspresijo na različne načine..

Indeks

  • 1 Značilnosti
  • 2 Struktura
    • 2.1 Histoni Unije
  • 3 Vrste
    • 3.1 Nukleosomski histoni
    • 3.2 Histoni Unije
  • 4 Funkcije
  • 5 Reference

Funkcije

So najbolj ohranjene evkariontske beljakovine v naravi. Pokazalo se je na primer, da se grahov histon H4 razlikuje le v dveh od 102 položajev aminokislin kravjega proteina H4..

Histoni so sorazmerno majhni proteini, ne več kot 140 aminokislin. So bogate z bazičnimi aminokislinskimi ostanki, zato imajo pozitivno neto naboj, ki prispeva k njihovi interakciji z nukleinsko kislino, negativno nabite, in tvori nukleozome..

Znani so nukleozomalni in vezni ali premoščeni histoni. Nukleosomski histoni so H3, H4, H2A in H2B, medtem ko pripadajoči histoni pripadajo družini H1 histonov.

Med sestavljanjem nukleosoma se prvotno tvorijo specifični dimeri H3-H4 in H2A-H2B. Dva H3-H4 dimera se nato združita in tvorita tetramerje, ki se nato združijo z dimeri H2A-H2B in tvorijo oktamerni center.

Vsi histoni se sintetizirajo predvsem v fazi S celičnega cikla in nukleosomi se združijo v nastajajoče spirale DNK, takoj za vilico replikacije..

Struktura

Splošna struktura histonov vključuje osnovno aminokislinsko regijo in visoko ohranjeno globularno karboksilno regijo med evkariontskimi organizmi..

Strukturni motiv, znan kot "histonsko krat", sestavljen iz treh alfa helikov, ki so povezani z dvema vilicama in tvorita majhno hidrofobno središče, je odgovoren za interakcije protein-protein med histoni, ki tvorijo nukleosom.

Prav ta krat histoni tvorijo globularno karboksilno domeno omenjenih nukleosomskih proteinov v vseh evkariontih..

Histoni imajo tudi majhne "repove" ali amino terminalne in druge karboksilne terminalne regije (dostopne proteazam), ki niso daljše od 40 aminokislin. Obe regiji sta bogati z bazičnimi aminokislinami, ki se lahko podvržejo številnim post-translacijskim kovalentnim modifikacijam.

Histoni Unije

Pri evkariontih obstajata dve družini histonov združenja, ki se razlikujeta po svoji strukturi. Nekatere imajo tristransko strukturo, pri čemer je kroglastna domena, opisana zgoraj, obkrožena z N-in C-terminalnimi "nestrukturiranimi" domenami; medtem ko imajo drugi samo C-terminalno domeno.

Čeprav je večina histonov ohranjena, se lahko pojavijo nekatere specifične variante med embriogenezo ali zorenjem specializiranih celic v nekaterih organizmih. Nekatere strukturne spremembe so povezane s post-translacijskimi spremembami, kot so naslednje:

-Fosforilacija: domneva se, da je povezana s spremembo stopnje kondenzacije kromatina in se pogosto nahaja v serinskih ostankih..

-Acetilacija: povezana s kromosomskimi regijami, ki so transkripcijski aktivne. Običajno se pojavlja v stranskih verigah lizinskih ostankov. Ko se pojavijo na teh ostankih, se pozitivni naboj zmanjša, kar zmanjša afiniteto beljakovin z DNA.

-Metilacija: lahko dajemo kot mono-, di- ali tri-metilakione lizinskih ostankov, ki štrlijo iz beljakovinskega jedra.

Specifični encimi so odgovorni za izdelavo teh kovalentnih modifikacij histonov. Ti encimi vključujejo histon acetil transferaze (HAT), histon-deacetilaze (HDACs) in histon-metiltransferaze in demetilaze..

Vrste

Opredelitev histonov je bila izvedena z različnimi biokemičnimi tehnikami, med katerimi izstopajo kromatografije, ki temeljijo na šibkih kationskih izmenjalnih smolah..

Nekateri avtorji določijo metodo klasifikacije, pri kateri se pri glavnih evkariontih razlikujejo 5 glavnih tipov histonov: FI, z 21 kDa beljakovinami; F2A1 ali FIV, plus ali minus 11,3 kDa; F2A2 ali FIIbI, 14,5 kDa; F2B ali FIIb2, z molekulsko maso 13,7 kDa in F3 ali FIII, 15,3 kDa.

Vsi ti tipi histonov, z izjemo skupine FI, najdemo v ekvimolarnih količinah v celicah.

Druga klasifikacija, z enako veljavnostjo in morda najbolj uporabljeno v tem trenutku, predlaga obstoj dveh različnih tipov histonov, in sicer: tistih, ki so del nukleosomskega oktamera in histonov stičišč ali mostov, ki združujejo nukleosome med da.

Nekatere variante se lahko pojavijo tudi med vrstami in za razliko od histonovih jeder, varianti se sintetizirajo med vmesnikom in se vstavijo v predoblikovani kromatin skozi proces, odvisen od energije, ki se sprosti pri hidrolizi ATP..

Nukleozomalni histoni

Jedro nukleosoma je sestavljeno iz para vsakega od štirih konstitutivnih histonov: H2a, H2b, H3 in H4; preko katerih so oviti DNA segmenti okoli 145 parov baz.

Histoni H4 in H2B sta načeloma nespremenljivi. Nekatere razlike pa so očitne v histonih H3 in H2A, katerih biofizikalne in biokemične lastnosti spremenijo normalno naravo nukleosoma.

Različica histonske H2A pri ljudeh ima protein H2A.Z veliko kislo območje in lahko daje prednost stabilnosti nukleosoma, odvisno od variantov histona H3, s katerimi je povezana.

Ti histoni kažejo določeno variabilnost med vrstami, kar je poseben primer histonskega H2B, pri katerem je prva tretjina molekule zelo spremenljiva..

Histoni Unije

Histoni stičišč ali mostov so histoni razreda H1. Ti so odgovorni za povezavo med nukleosomi in zaščito DNK, ki štrli na začetku in koncu vsakega delca.

Za razliko od nukleosomskih histonov nimajo vsi histoni tipa H1 globularno območje "preklopa" histonov. Ti proteini se vežejo na DNA med nukleosomi, kar olajša spremembo ravnotežja kromatina proti bolj kondenziranemu in manj aktivnemu stanju, transkripcijski.

Študije so povezale te histone s procesi staranja, popravljanja DNK in apoptotičnih procesov, zato velja, da imajo ključno vlogo pri ohranjanju genomske celovitosti..

Funkcije

Vsi aminokislinski ostanki histonov tako ali drugače sodelujejo pri interakciji z DNA, kar pojasnjuje dejstvo, da so tako ohranjeni med kraljestvi evkariontskih organizmov..

Sodelovanje histonov v pakiranju DNK v obliki kromatina je zelo pomembno za kompleksne večcelične organizme, v katerih se lahko različne celične linije specializirajo le s spreminjanjem dostopnosti njihovih genov do transkripcijskih strojev..

Transkripcijsko aktivne genomske regije so gostote v nukleosomih, kar kaže, da je povezava DNA s histonskimi proteini ključna za negativno ali pozitivno regulacijo njihove transkripcije..

Prav tako je ves čas življenja celice odziv na veliko število dražljajev, tako notranjih kot zunanjih, odvisen od majhnih sprememb v kromatinu, ki so običajno povezane s posttranslacijskim preoblikovanjem in modifikacijo histonov, ki jih najdemo v tesen odnos z DNK.

Večkratne spremenljivke histona izvajajo različne funkcije pri evkariontih. Ena izmed njih je povezana z udeležbo različice histona H3 pri nastanku centromernih struktur, odgovornih za segregacijo kromosomov med mitozo..

Dokazano je bilo, da je protiteles te beljakovine v drugih evkariontih bistven za sestavljanje proteina kinetohor, na katerega se mikotubule vretena vežejo med mitozo in mejozo..

Reference

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., in Walter, P. (2015). Molekularna biologija celice (6. izd.). New York: Garland Science.
  2. Campos, E. I., & Reinberg, D. (2009). Histoni: Anatomiranje kromatina. Annu. Rev. Genet., 43, 559-599.
  3. Harvey, A.C., & Downs, J.A. (2004). Katere funkcije omogočajo povezovalni histoni? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
  4. Henikoff, S., in Ahmad, K. (2005). Sestavljanje variantnih histonov v kromatin. Annu. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
  5. Isenberg, I. (1979). Histoni. Annu. Rev. Biochem., 48, 159-191.
  6. Kornberg, R. D., in Thomas, J. O. (1974). Struktura kromatina: oligomeri histonov. Science, 184 (4139), 865-868.
  7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Kemija in biologija histonov. Physiological Reviews, 50 (2), 159-170.