HISTONIT: OMINAISUUDET, RAKENNE, TYYPIT JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Histonit ovat emäksisiä proteiineja, jotka ovat vuorovaikutuksessa DNA: n kanssa muodostaen nukleosomeja, jotka muodostavat säikeet kromatiinin ainesosien kromosomeja eukaryooteissa.

Nukleosomit, DNA: sta ja proteiineista koostuvat kompleksit, löydettiin vuonna 1974, ja histonit kokoavat tämän kromatiiniorganisaation perustason. Histoniproteiinien olemassaolo on kuitenkin ollut tiedossa jo ennen 1960-lukua.

Graafinen esitys nukleosomista, jossa on kahdeksankertainen histonikeskus ja sen ympärille kääritty DNA (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa Wikimedia Commonsin kautta)

Histonit on järjestetty siten, että kaksijuosteinen DNA kietoutuu proteiinikeskuksen ympärille, joka koostuu näistä proteiineista, jotka ovat vuorovaikutuksessa läheisesti toistensa kanssa. Histonien keskipiste on kiekon muotoinen ja DNA kulkee noin 1,7 kertaa.

Useat vety sidokset antavat DNA: n sitoutua proteiinikeskukseen, jonka histonit muodostavat kussakin nukleosomissa. Nämä sidokset muodostuvat suurimmaksi osaksi histonien aminohappokertojen ja DNA: n sokeri-fosfaattirungon väliin. Jotkut hydrofobiset vuorovaikutukset ja ioniset sidokset osallistuvat myös.

Proteiinit, jotka tunnetaan nimellä "kromatiinin uudelleenmuodostumiskompleksit", ovat vastuussa DNA: n ja histonien välisten liitoslinkkien katkaisemisesta ja muodostamisesta, sallien transkriptionaalisten koneiden pääsyn nukleosomien sisältämään DNA: hon.

Huolimatta nukleiinihappojen läheisyydestä histonien muodostamassa proteiinikeskuksessa, ne on järjestetty siten, että ne sallivat tarvittaessa transkriptiotekijöiden ja muiden geenien ilmentymiseen tai geenien vaimentamiseen liittyvien proteiinien pääsyn.

Histonit voivat läpikäydä erilaisia ​​modifikaatioita, jotka generoivat useita muunnelmia, mikä mahdollistaa kromatiinin monien eri muotojen olemassaolon, joilla on ominaisuus moduloida geeniekspressiota eri tavoin.

ominaisuudet

Ne ovat yksi luonnossa konservoituneimmista eukaryoottiproteiineista. Esimerkiksi hernehistooni H4: n on osoitettu eroavan vain kahdessa lehmän H4-proteiinin 102 aminohappoasemasta.

Histonit ovat suhteellisen pieniä proteiineja, joissa ei ole enempää kuin 140 aminohappoa. Ne ovat runsaasti emäksisissä aminohappotähteissä, joten niillä on positiivinen nettovaraus, mikä edistää niiden vuorovaikutusta negatiivisesti varautuneen nukleiinihapon kanssa nukleosomien muodostamiseksi.

Nukleosomaaliset ja silloittavat histonit tunnetaan. Nukleosomaaliset histonit ovat H3, H4, H2A ja H2B, kun taas sitoutuvat histonit kuuluvat histonien H1 perheeseen.

Nukleosomikokoonpanon aikana muodostuu aluksi spesifisiä dimeerejä H3-H4 ja H2A-H2B. Kaksi H3-H4-dimeeriä yhdistyvät sitten muodostaen tetrameerejä, jotka myöhemmin yhdistyvät H2A-H2B-dimeerien kanssa muodostaen kahdeksankertaisen keskuksen.

Kaikki histonit syntetisoidaan pääasiassa solusyklin S-vaiheen aikana, ja nukleosomit kootaan syntyviin DNA-heliksiin heti replikaatiohaarukan jälkeen.

Rakenne

Histonien yleinen rakenne sisältää emäksisten aminohappoalueiden ja globaalin karboksyylialueen, joka on erittäin konservoitunut eukaryoottisten organismien keskuudessa.

Rakenteellinen aihe, joka tunnetaan nimellä "histonitaitto", joka koostuu kolmesta alfa-heliksistä, jotka on kytketty kahdella hiusneulalla ja muodostavat pienen hydrofobisen keskuksen, vastaa proteiini-proteiini-vuorovaikutuksista nukleosomin muodostavien histonien välillä.

Juuri tämä histonien taitto muodostaa näiden nukleosomaalisten proteiinien globaalin karboksyylidomeenin kaikissa eukaryooteissa.

Histoneilla on myös pieniä "häntä" tai aminoterminaalisia ja muita karboksyyliterminaalisia alueita (pääsy proteaaseille), korkeintaan 40 aminohappoa pitkä. Molemmat alueet ovat rikkaita emäksisistä aminohapoista, jotka voivat käydä läpi useita translaation jälkeisiä kovalenttisia modifikaatioita.

Sitoutuvat histonit

Eukaryooteissa on kaksi sitoutuvien histonien perhettä, erotettu toisistaan ​​rakenteensa perusteella. Joillakin on kolmipuolinen rakenne yllä kuvatun globaalin domeenin reunustaman "rakenteettomien" N- ja C-terminaalisten domeenien kanssa; kun taas toisilla on vain C-päätealue.

Vaikka suurin osa histoneista säilyy, joidenkin organismien alkioiden syntymän tai erikoistuneiden solujen kypsymisen aikana saattaa syntyä joitain spesifisiä variantteja. Jotkut rakenteelliset variaatiot liittyvät translaation jälkeisiin muunnoksiin, kuten seuraavat:

- Fosforylaatio: sen uskotaan liittyvän kromatiinin kondensaatioasteen muutokseen ja tapahtuu yleisesti seriinitähteissä.

- Asetylointi: liittyy kromosomaalisiin alueisiin, jotka ovat transkriptionaalisesti aktiivisia. Se esiintyy normaalisti lysiinitähteiden sivuketjuissa. Kun sitä esiintyy näillä tähteillä, niiden positiivinen varaus vähenee, mikä vähentää proteiinien affiniteettia DNA: han.

- Metylointi: voi tapahtua proteiiniytimestä ulkonevien lysiinitähteiden mono-, di- tai trimetylointina.

Spesifiset entsyymit ovat vastuussa näiden kovalenttisten modifikaatioiden tekemisestä histoneissa. Nämä entsyymit sisältävät histoniasetyylitransferaasit (HAT), histonin deasetylaasikompleksit (HDAC) ja histonin metyylitransferaasit ja demetyylaasit.

Tyypit

Histonien karakterisointi on suoritettu erilaisilla biokemiallisilla tekniikoilla, joista heikkoihin kationinvaihtohartseihin perustuvat kromatografiat erottuvat.

Jotkut kirjoittajat perustavat luokittelumuodon, jossa eukaryooteissa erotellaan 5 päätyyppiä olevista histoneista: FI, jossa on 21 kDa -proteiineja; F2A1 tai FIV, plus tai miinus 11,3 kDa; F2A2 tai FIIbI, 14,5 kDa; F2B tai FIIb2, moolimassalla 13,7 kDa ja F3 tai FIII, 15,3 kDa.

Kaikki nämä tyypit histoneja, IF-ryhmää lukuun ottamatta, löytyvät ekvimolaarisina määrinä soluissa.

Toinen luokittelu, jolla on sama pätevyys ja ehkä laajimmin käytetty tällä hetkellä, ehdottaa kahden erilaisen histonityypin olemassaoloa, nimittäin: niitä, jotka ovat osa nukleosomin oktaameeria, ja niitä sitovia tai silloivia histoneja, jotka yhdistyvät nukleosomien välillä Joo.

Jotkut variantit voivat myös esiintyä lajien välillä, ja toisin kuin ydinhistooneissa, variantit syntetisoidaan vaiheiden välisessä vaiheessa ja insertoidaan esimuodostettuun kromatiiniin prosessin avulla, joka riippuu ATP-hydrolyysistä vapautuneesta energiasta.

Nukleosomaaliset histonit

Nukleosomin keskusta koostuu parista jokaisesta neljästä aineosa-histonista: H2a, H2b, H3 ja H4; joihin haavoitetaan noin 145 emäsparin DNA-segmentit.

Histonit H4 ja H2B ovat periaatteessa muuttumattomia. Jotkut variaatiot ovat kuitenkin ilmeisiä histoneissa H3 ja H2A, joiden biofysikaaliset ja biokemialliset ominaisuudet muuttavat nukleosomin normaalia luonnetta.

H2A.Z-proteiinilla on variantti histoni H2A: sta ihmisillä, jolla on suuri hapan alue ja se voi edistää nukleosomien stabiilisuutta riippuen histoni H3 -variantteista, joihin se liittyy.

Nämä histonit osoittavat jonkin verran vaihtelua lajien välillä, erityistapaus on histoni H2B, jolla molekyylin ensimmäinen kolmasosa on hyvin muuttuva.

Sitoutuvat histonit

Sitovat tai silloittavat histonit ovat luokan H1 histoneja. Ne ovat vastuussa nukleosomien välisestä yhtenäisyydestä ja kunkin partikkelin alussa ja lopussa esiintyvän DNA: n suojauksesta.

Toisin kuin nukleosomaaliset histonit, kaikilla H1-tyypin histoneilla ei ole histonin "taitoksen" globaalia aluetta. Nämä proteiinit sitoutuvat nukleosomien välillä olevaan DNA: hon helpottaen kromatiinitasapainon muutosta kondensoituneempaan ja vähemmän aktiiviseen tilaan transkriptionaalisesti puhuen.

Tutkimukset ovat yhdistäneet nämä histonit ikääntymiseen, DNA: n parantamiseen ja apoptoottisiin prosesseihin, minkä vuoksi niiden uskotaan olevan ratkaisevassa asemassa genomin eheyden ylläpitämisessä.

ominaisuudet

Kaikki histonien aminohappotähteet osallistuvat tavalla tai toisella vuorovaikutukseensa DNA: n kanssa, mikä selittää tosiasian, että ne ovat niin säilyneitä eukaryoottisten organismien valtakunnissa.

Histonien osallistumisella kromatiinin muodossa olevan DNA: n pakkaamiseen on suuri merkitys monimutkaisille monisoluisille organismeille, joissa eri solulinjat voivat erikoistua vain muuttamalla heidän geeniensä saavutettavuutta transkriptionaalisiin koneisiin.

Transkriptionaalisesti aktiiviset genomiset alueet ovat tiheitä nukleosomeissa, mikä viittaa siihen, että DNA: n assosiaatio histoniproteiineihin on ratkaisevan tärkeää niiden transkription negatiiviselle tai positiiviselle säätelylle.

Samoin koko solun elinaikana vaste suureen määrään ärsykkeitä, sekä sisäisiä että ulkoisia, riippuu pienistä kromatiinimuutoksista, jotka yleensä liittyvät tekemiseen histonien uudelleenmuodostukseen ja postitranslaatioon. läheinen suhde DNA: han.

Useat histonimuuttujat palvelevat erilaisia ​​toimintoja eukaryooteissa. Yksi niistä liittyy histoni H3 -muunnelman osallistumiseen sen keskomeerisen rakenteen muodostumiseen, joka vastaa kromosomien segregoitumisesta mitoosin aikana.

Tämän proteiinin vastine muissa eukaryooteissa on osoitettu olevan välttämätön proteiinin kinetokooran kokoonpanossa, johon karan mikrotubulukset sitoutuvat mitoosin ja meioosin aikana.

Viitteet

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Solun molekyylibiologia (6. painos). New York: Garland Science.
2. Campos, EI, ja Reinberg, D. (2009). Histonit: Merkitsee kromatiinia. Annu. Rev. Genet., 43, 559 - 599.
3. Harvey, AC, & Downs, JA (2004). Mitä toimintoja linkkerihistonit tarjoavat? Molecular Microbiology, 53, 771–775.
4. Henikoff, S., ja Ahmad, K. (2005). Variant histonien kokoaminen kromatiiniksi. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133 - 153.
5. Isenberg, I. (1979). Histonit. Annu. Biochem., 48, 159–191.
6. Kornberg, RD, ja Thomas, JO (1974). Kromatiinirakenne: Histonien oligomeerit. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., ja Bonner, J. (1970). Histonien kemia ja biologia. Fysiologiset arvostelut, 50 (2), 159–170.