HISTONAI: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, TIPAI IR FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Kad Histonas yra pagrindiniai baltymai, kurie sąveikauja su DNR sudaro nukleosoma, kurie sudaro Chromatinas sudedamųjų dalių chromosomų eukariotų kryptis.

Nukleosomos, kompleksai, sudaryti iš DNR ir baltymų, buvo atrastos 1974 m., Ir būtent histonai sudaro šį bazinį chromatino organizavimo lygį. Tačiau histonų baltymų egzistavimas buvo žinomas dar prieš 1960-uosius.

Grafinis nukleosomos su aštuonetiniu histonų centru ir aplink ją suvyniotos DNR vaizdas (šaltinis: Jawahar Swaminathan ir MSD darbuotojai Europos bioinformatikos institute per „Wikimedia Commons“)

Histonai yra organizuojami taip, kad dviguba grandinė DNR įvynioja aplink baltymo centrą, sudarytą iš šių baltymų, glaudžiai sąveikaujančių tarpusavyje. Histonų centras yra disko formos, o DNR eina maždaug 1,7 karto.

Daugybiniai vandenilio ryšiai leidžia DNR jungtis prie baltymų centro, kurį kiekvienoje nukleosomoje sudaro histonai. Šie ryšiai didžiąja dalimi susidaro tarp histonų aminorūgščių pagrindų ir DNR cukraus-fosfato stuburo. Taip pat dalyvauja tam tikra hidrofobinė sąveika ir joninės jungtys.

Baltymai, žinomi kaip „chromatino remodeliavimo kompleksai“, yra atsakingi už jungiamųjų ryšių tarp DNR ir histonų nutraukimą ir formavimą, leidžiančią transkripcijos mechanizmui patekti į DNR, esančią nukleosomose.

Nepaisant to, kad nukleorūgštys yra arti histonų suformuoto baltymo centro, jos yra išdėstytos taip, kad prireikus jos galėtų patekti į transkripcijos veiksnius ir kitus baltymus, susijusius su genų ekspresija ar genų nutildymu. .

Histonai gali būti veikiami įvairių modifikacijų, generuojančių daugybę variantų, sudarydami galimybę egzistuoti daugybei skirtingų chromatino formų, turinčių savybę moduliuoti genų ekspresiją skirtingais būdais.

charakteristikos

Jie yra vienas iš labiausiai konservuotų gamtos eukariotų baltymų. Pavyzdžiui, įrodyta, kad žirnių histonas H4 skiriasi tik dviem iš 102 karvės H4 baltymo aminorūgščių pozicijų.

Histonai yra palyginti maži baltymai, turintys ne daugiau kaip 140 aminorūgščių. Juose gausu pagrindinių aminorūgščių liekanų, todėl jie turi grynąjį teigiamą krūvį, kuris prisideda prie jų sąveikos su neigiamai įkrauta nukleorūgštimi ir sudaro nukleozomas.

Branduoliniai ir jungiamieji histonai yra žinomi. Nukleosomų histonai yra H3, H4, H2A ir H2B, o surišantys histonai priklauso H1 histonų šeimai.

Nukleosomų surinkimo metu iš pradžių susidaro specifiniai dimerai H3-H4 ir H2A-H2B. Tada du H3-H4 dimerai susijungia, sudarydami tetramerius, kurie vėliau susijungia su H2A-H2B dimerais, sudarydami oktamerinį centrą.

Visi histonai yra sintetinami daugiausia ląstelių ciklo S fazėje, o nukleosomos yra surenkamos besiformuojančiose DNR spiralėse, iškart po replikacijos šakutės.

Struktūra

Bendroji histonų struktūra apima bazinę aminorūgščių sritį ir rutulinę karboksilo sritį, labai išsaugotą tarp eukariotų organizmų.

Struktūrinis motyvas, žinomas kaip „histono raukšlė“, sudarytas iš trijų alfa spiralių, sujungtų dviem plaukų segtukais ir sudarančių mažą hidrofobinį centrą, yra atsakingas už baltymų ir baltymų sąveiką tarp histonų, sudarančių nukleosomą.

Būtent ši histonų rasta sudaro šių nukleosomų baltymų rutulinį karboksilo domeną visuose eukariotuose.

Histonai taip pat turi mažas „uodegas“ arba aminoterminalius ir kitus karboksilo galinius regionus (prieinamus proteazėms), ne ilgesnius kaip 40 aminorūgščių. Abiejuose regionuose gausu bazinių aminorūgščių, kurios gali būti daugkartiškai modifikuotos po transliacijos.

Surišantys histonai

Eukariotuose yra dvi rišamųjų histonų šeimos, kurios skiriasi viena nuo kitos pagal savo struktūrą. Kai kurie turi trišalę struktūrą, o pirmiau aprašytą rutulinį domeną turi „nestruktūrizuoti“ N- ir C-galiniai domenai; tuo tarpu kiti turi tik C-terminalo domeną.

Nors dauguma histonų yra konservuoti, specifiniai variantai gali atsirasti embriogenezės metu ar bręstant specializuotoms ląstelėms kai kuriuose organizmuose. Kai kurie struktūriniai variantai, pvz., Šie:

- Fosforilinimas : manoma, kad jis susijęs su chromatino kondensacijos laipsnio pasikeitimu ir dažniausiai vyksta serino liekanose.

- Acetilinimas : susijęs su chromosomų sritimis, kurios yra transkripcijos būdu aktyvios. Paprastai jis atsiranda lizino liekanų šoninėse grandinėse. Atsiradus šiems likučiams, jų teigiamas krūvis sumažėja, todėl sumažėja baltymų afinitetas DNR.

- Metilinimas : gali vykti lizino liekanų, išsikišusių iš baltymo šerdies, mono-, di- arba trimetilinimas.

Už šių kovalentinių histonų modifikacijų atlikimą atsakingi specifiniai fermentai. Šie fermentai apima histono acetiltransferazes (HAT), histonų deacetilazių kompleksus (HDAC) ir histonų metiltransferazes ir demetilazes.

Tipai

Histonų apibūdinimas buvo atliktas įvairiais biocheminiais būdais, iš kurių išsiskiria chromatografijos, pagrįstos silpnomis katijonų mainų dervomis.

Kai kurie autoriai nustato klasifikavimo formą, pagal kurią eukariotuose išskiriami 5 pagrindiniai histonų tipai: FI, turintis 21 kDa baltymų; F2A1 arba FIV, plius arba minus 11,3 kDa; F2A2 arba FIIbI, 14,5 kDa; F2B arba FIIb2, kurių molekulinė masė yra 13,7 kDa, o F3 arba FIII - 15,3 kDa.

Visi šie histonų tipai, išskyrus IF grupę, ląstelėse randami lygiagrečiai.

Kita klasifikacija, turinti tą patį pagrįstumą ir galbūt plačiausiai naudojama šiuo metu, siūlo dviejų skirtingų tipų histonus, būtent: tuos, kurie yra nukleosomos oktamero dalis, ir rišančius ar jungiančius histonus, kurie jungia nukleosomas tarp taip.

Kai kurie variantai taip pat gali atsirasti tarp rūšių ir skirtingai nuo pagrindinių histonų, variantai sintetinami tarpsfazės metu ir įterpiami į iš anksto suformuotą chromatiną proceso metu, priklausančiu nuo energijos, išsiskiriančios iš ATP hidrolizės.

Nukleosominiai histonai

Nukleosomos centrą sudaro kiekvieno iš keturių sudedamųjų histonų pora: H2a, H2b, H3 ir H4; ant kurių suvynioti maždaug 145 bazinių porų DNR segmentai.

H4 ir H2B histonai iš principo yra nekintami. Tačiau kai kurie skirtumai yra akivaizdūs H3 ir H2A histonuose, kurių biofizinės ir biocheminės savybės keičia normalų nukleosomos pobūdį.

H2A.Z baltymo variantas žmonėms, H2A.Z baltymas, turi didelį rūgštinį regioną ir gali skatinti nukleozomos stabilumą priklausomai nuo H3 histono variantų, su kuriais jis susijęs.

Šie histonai rodo tam tikrą skirtumą tarp rūšių, ypatingas atvejis yra H2B histonas, kurio pirmasis molekulės trečdalis yra labai kintamas.

Surišantys histonai

Jungiamieji arba jungiamieji histonai yra H1 klasės histonai. Jie yra atsakingi už nukleosomų sąjungą ir DNR, išsikišančios kiekvienos dalelės pradžioje ir pabaigoje, apsaugą.

Skirtingai nei nukleosominiai histonai, ne visi H1 tipo histonai turi histoninės apvaliosios srities „raukšlę“. Šie baltymai jungiasi prie DNR tarp nukleosomų, palengvindami chromatino pusiausvyros poslinkį link labiau kondensuotos ir ne tokios aktyvios būsenos, transkripcijos prasme.

Tyrimai susiejo šiuos histonus su senėjimu, DNR atstatymu ir apoptoziniais procesais, todėl manoma, kad jie vaidina lemiamą vaidmenį palaikant genomo vientisumą.

funkcijos

Visi histonų aminorūgščių likučiai vienaip ar kitaip dalyvauja jų sąveikoje su DNR, o tai paaiškina faktą, kad jie yra tokie konservuoti eukariotinių organizmų karalystėse.

Histonų dalyvavimas pakuojant DNR chromatino pavidalu yra labai svarbus sudėtiniams daugialąsčiams organizmams, kuriuose skirtingos ląstelių linijos gali specializuotis tik pakeisdamos savo genų prieinamumą transkripcijos mechanizmui.

Transkripciniu požiūriu aktyvios genominės sritys yra tankios nukleozomose, o tai rodo, kad DNR ryšys su histono baltymais yra nepaprastai svarbus neigiamam ar teigiamam jų transkripcijos reguliavimui.

Panašiai, per visą ląstelės gyvenimą, atsakas į daugybę stimulų - tiek vidinių, tiek išorinių - priklauso nuo mažų chromatino pokyčių, kurie paprastai susiję su histonų, esančių glaudus ryšys su DNR.

Keli histonų kintamieji eukariotuose atlieka skirtingas funkcijas. Vienas iš jų susijęs su H3 histono varianto dalyvavimu formuojant centromerines struktūras, atsakingas už chromosomų atsiskyrimą mitozės metu.

Įrodyta, kad šio baltymo atitikmuo kituose eukariotuose yra svarbus baltymo kinetochoros, prie kurios verpstės mikrotubuliai jungiasi mitozės ir mejozės metu, surinkimui.

Nuorodos

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Ląstelės molekulinė biologija (6-asis leidimas). Niujorkas: girliandų mokslas.
2. Campos, EI, ir Reinberg, D. (2009). Histonai: komentuojantis chromatiną. Annu. Genetas. , 43, 559–599.
3. Harvey, AC, ir Downs, JA (2004). Kokias funkcijas teikia linkerio histonai? Molecular Microbiology, 53, 771–775.
4. Henikoff, S., ir Ahmad, K. (2005). Variantų histonų surinkimas į chromatiną. Annu. Rev. Cell. Dev., Biol., 21, 133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Histonai. Annu. Biochem. , 48, 159–191.
6. Kornberg, RD ir Thomas, JO (1974). Chromatino struktūra: histonų oligomerai. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., ir Bonner, J. (1970). Histonų chemija ir biologija. Fiziologinės apžvalgos, 50 (2), 159–170.