Karakteristike, strukture, vrste i funkcije histona



histoni su bazični proteini koji međusobno djeluju s DNA za stvaranje nukleosoma, koji čine kromatinske niti koje čine kromosome u eukariotskim organizmima.

Nukleosomi, kompleksi nastali od DNA i proteina, otkriveni su 1974. godine i upravo histoni skupljaju ovu bazalnu razinu kromatinske organizacije. Međutim, postojanje histonskih proteina poznato je još prije 1960-ih.

Histoni su organizirani na takav način da je dvostruka traka DNA omotana oko proteinskog središta sastavljenog od tih proteina koji međusobno djeluju međusobno. Središte histona ima oblik diska i DNK daje oko 1,7 okretaja oko njega.

Višestruke vodikove veze omogućuju vezanje DNA na proteinski centar koji tvore histoni u svakoj nukleosomu. Ove veze nastaju, uglavnom, između aminokiselinskih skeleta histona i šećerno-fosfatnog kostura DNA. Neke hidrofobne interakcije i ionske veze također sudjeluju.

Proteini poznati kao "kompleksi remodeliranja kromatina" odgovorni su za razgradnju i formiranje veznih veza između DNA i histona, omogućujući ulazak mehanizma transkripcije u DNA sadržanu u nukleosomima.

Unatoč blizini nukleinskih kiselina do centra proteina koje tvore histoni, oni su raspoređeni na takav način da, ako je potrebno, dopuštaju ulazak transkripcijskih faktora i drugih proteina vezanih uz ekspresiju ili genetsko utišavanje..

Histoni mogu proći različite modifikacije koje generiraju višestruke varijante, omogućujući postojanje mnogo različitih oblika kromatina koji imaju svojstvo moduliranja ekspresije gena na različite načine.

indeks

  • 1 Značajke
  • 2 Struktura
    • 2,1 histoni Unije
  • 3 Vrste
    • 3.1 Nukleosomski histoni
    • 3.2 Sindikalni histoni
  • 4 Funkcije
  • 5 Reference

značajke

Oni su najviše konzervirani eukariotski proteini u prirodi. Pokazalo se, na primjer, da se histon H4 graška razlikuje samo u dva od 102 položaja amino kiselina kravljeg proteina H4.

Histoni su relativno mali proteini, s ne više od 140 aminokiselina. Bogati su osnovnim aminokiselinskim ostacima, tako da imaju pozitivan neto naboj, što doprinosi njihovoj interakciji s nukleinskom kiselinom, negativno nabijenom, u obliku nukleosoma..

Poznati su nukleosomalni i spojeni ili premošteni histoni. Nukleozomalni histoni su H3, H4, H2A i H2B, dok vezni histoni pripadaju H1 histonskoj obitelji.

Za vrijeme sastavljanja nukleosoma, inicijalno se formiraju specifični dimeri H3-H4 i H2A-H2B. Dva H3-H4 dimera se zatim spajaju u tetramere koji se potom kombiniraju s dimerima H2A-H2B, tvoreći oktamerni centar.

Svi histoni se sintetiziraju uglavnom tijekom S faze staničnog ciklusa, a nukleosomi se spajaju u nastale DNA spirale, odmah nakon vilice replikacije..

struktura

Opća struktura histona uključuje osnovnu aminokiselinsku regiju i visoko konzerviranu globularnu karboksilnu regiju među eukariotskim organizmima.

Strukturalni motiv poznat kao "histonsko preklapanje", sastavljen od tri alfa heliksa spojena s dvije vilice i formirajući mali hidrofobni centar, odgovoran je za interakciju proteina i proteina između histona koji čine nukleosom.

Upravo taj preklop histona čini globularnu karboksilnu domenu spomenutih nukleosomskih proteina u svim eukariotima.

Histoni također imaju male "repove" ili amino-terminalne i druge karboksilne terminalne regije (dostupne proteazama) ne dulje od 40 aminokiselina. Obje regije su bogate bazičnim aminokiselinama koje se mogu podvrgnuti višestrukim post-translacijskim kovalentnim modifikacijama.

Histoni Unije

Kod eukariota postoje dvije obitelji histona jedinstva, diferencirane po svojoj strukturi. Neke imaju tripartitnu strukturu, pri čemu je gore opisana globularna domena okružena N-i C-terminalnim "nestrukturiranim" domenama; dok drugi imaju samo C-terminalnu domenu.

Iako je većina histona konzervirana, neke specifične varijante mogu nastati tijekom embriogeneze ili sazrijevanja specijaliziranih stanica u nekim organizmima. Neke strukturne varijacije odnose se na post-translacijske modifikacije kao što su sljedeće:

-fosforilacija: Smatra se da je povezana s modifikacijom stupnja kondenzacije kromatina i obično se nalazi u ostacima serina.

-acetiliranjem: povezana s kromosomskim regijama koje su transkripcijski aktivne. Normalno se pojavljuje u bočnim lancima lizinskih ostataka. Kada se pojave na tim ostacima, pozitivni naboj se smanjuje, smanjujući afinitet proteina s DNA.

-metilacijeMože se davati kao mono-, di- ili tri-metilakiona lizinskih ostataka koji strše iz proteinske jezgre.

Specifični enzimi odgovorni su za stvaranje tih kovalentnih modifikacija u histonima. Ti enzimi uključuju histon-acetil-transferaze (HAT), histon-deacetilaze (HDACs) i histon-metiltransferaze i demetilaze..

vrsta

Karakterizacija histona provedena je različitim biokemijskim tehnikama, među kojima se ističu kromatografije koje se temelje na slabo kationskim izmjenjivačkim smolama..

Neki autori utvrđuju metodu klasifikacije u kojoj se 5 glavnih tipova histona razlikuje u eukariotima: FI, s 21 kDa proteinima; F2A1 ili FIV, plus ili minus 11,3 kDa; F2A2 ili FIIbI, 14,5 kDa; F2B ili FIIb2, molekulske mase 13,7 kDa, i F3 ili FIII, od 15,3 kDa.

Svi ovi tipovi histona, s izuzetkom FI grupe, nalaze se u ekvimolarnim količinama u stanicama.

Druga klasifikacija, s istom valjanošću i možda najviše korištenom u ovom trenutku, predlaže postojanje dva različita tipa histona, i to: onih koji su dio nukleosomskog oktamera i spojeva ili mostova histona, koji spajaju nukleosome između da.

Neke varijante se također mogu pojaviti između vrsta i za razliku od histona nukleusa, varijante su sintetizirane tijekom sučelja i umetnute su u prethodno oblikovani kromatin kroz proces ovisan o energiji oslobođenoj od hidrolize ATP..

Nukleosomalni histoni

Jezgra nukleosoma sastoji se od para svakog od četiri konstitutivna histona: H2a, H2b, H3 i H4; preko kojih su omotani segmenti DNA od oko 145 parova baza.

Histoni H4 i H2B u načelu su nepromjenjivi. Neke varijacije su očigledne, međutim, u histonima H3 i H2A, čija biofizička i biokemijska svojstva mijenjaju normalnu prirodu nukleosoma.

Varijanta histonske H2A kod ljudi, protein H2A.Z ima veliku kiselinsku regiju i može pogodovati stabilnosti nukleosoma ovisno o histonskim H3 varijantama s kojima je povezana.

Ovi histoni pokazuju određenu varijabilnost između vrsta, što je poseban slučaj kod histona H2B, za koji je prva trećina molekule vrlo promjenjiva..

Histoni Unije

Histoni spoja ili mosta su histoni klase H1. Oni su odgovorni za vezu između nukleosoma i zaštite DNK koja strši na početku i na kraju svake čestice.

Za razliku od nukleosomskih histona, svi histoni tipa H1 ne posjeduju globularno područje "nabora" histona. Ti se proteini vežu na DNA između nukleosoma, olakšavajući promjenu ravnoteže kromatina prema kondenziranijem i manje aktivnom stanju, transkripcijski govoreći.

Istraživanja su povezala te histone s procesima starenja, popravka DNA i apoptoze, pa se smatra da oni imaju ključnu ulogu u održavanju genomskog integriteta..

funkcije

Svi aminokiselinski ostaci histona sudjeluju, na ovaj ili onaj način, u njihovoj interakciji s DNA, što objašnjava činjenicu da su oni tako očuvani među kraljevstvima eukariotskih organizama..

Sudjelovanje histona u pakiranju DNA u obliku kromatina od velike je važnosti za složene višestanične organizme u kojima se različite stanične linije mogu specijalizirati samo promjenom pristupačnosti njihovih gena mehanizmu transkripcije..

Transkripcijski aktivne genomske regije su guste u nukleosomima, što sugerira da je povezanost DNA s histonskim proteinima ključna za negativnu ili pozitivnu regulaciju njihove transkripcije..

Isto tako, tijekom čitavog života stanice, odgovor na veliki broj podražaja, kako unutarnjih tako i vanjskih, ovisi o malim promjenama u kromatinu, koje obično imaju veze s posttranslacijskom remodeliranjem i modifikacijom histona pronađenih u bliski odnos s DNA.

Višestruke varijable histona vrše različite funkcije kod eukariota. Jedan od njih odnosi se na sudjelovanje varijante histona H3 u formiranju centromernih struktura odgovornih za segregaciju kromosoma tijekom mitoze.

Pokazalo se da je suprotna strana ovog proteina u drugim eukariotima bitna za sastavljanje proteina kinetohor koji se vežu za mikrotubule vretena tijekom mitoze i mejoze..

reference

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (6. izd.). New York: znanost o Garlandu.
  2. Campos, E. I., & Reinberg, D. (2009). Histoni: Anotiranje kromatina. Annu. Genet., 43, 559-599.
  3. Harvey, A.C. & Downs, J.A. (2004). Koje funkcije pružaju povezivači histona? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
  4. Henikoff, S., i Ahmad, K. (2005). Sastavljanje varijantnih histona u kromatin. Annu. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
  5. Isenberg, I. (1979). Histoni. Annu. Biochem., 48, 159-191.
  6. Kornberg, R.D., & Thomas, J.O. (1974). Struktura kromatina: oligomeri histona. Science, 184 (4139), 865-868.
  7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Kemija i biologija histona. Physiological Reviews, 50 (2), 159-170.