HISTONER: EGENSKAPER, STRUKTUR, TYPER OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De histoner är basiska proteiner som interagerar med DNA för att bilda nukleosomer, som bildar strängarna i kromatin beståndsdelar av kromosomer i eukaryoter.

Nukleosomer, komplex som består av DNA och proteiner, upptäcktes 1974 och det är histoner som samlar denna basala nivå av kromatinorganisation. Förekomsten av histonproteiner har emellertid varit känd sedan 1960-talet.

Grafisk framställning av en nukleosom med ett oktameriskt centrum för histoner och DNA lindat runt den (Källa: Jawahar Swaminathan och MSD-personal vid European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Histoner är organiserade på ett sådant sätt att det dubbelsträngade DNA: et lindar sig runt ett proteincenter sammansatt av dessa proteiner som interagerar nära med varandra. Centrumet av histoner är skivformade och DNA går ungefär 1,7 gånger.

Flera vätebindningar tillåter DNA att binda till proteincentret som bildas av histonerna i varje nukleosom. Dessa bindningar bildas, för det mesta, mellan aminosyrarbenen i histoner och sockerfosfatryggraden i DNA. Vissa hydrofoba interaktioner och joniska bindningar deltar också.

Proteiner kända som "kromatinombyggnadskomplex" är ansvariga för att bryta och bilda kopplingslänkarna mellan DNA och histoner, vilket gör det möjligt för transkriptionsmaskineriet att komma in i DNA som finns i nukleosomer.

Trots närheten av nukleinsyror till proteincentret som bildas av histoner, är dessa arrangerade på ett sådant sätt att de vid behov tillåter inträde av transkriptionsfaktorer och andra proteiner relaterade till genuttryck eller gendämpning. .

Histoner kan genomgå olika modifikationer som genererar flera varianter, vilket möjliggör förekomsten av många olika former av kromatin som har egenskapen att modulera genuttryck på olika sätt.

egenskaper

De är ett av de mest konserverade eukaryota proteinerna i naturen. Till exempel har ärton H4 visat sig skilja sig i endast två av de 102 aminosyrapositionerna hos ko H4-proteinet.

Histoner är relativt små proteiner med högst 140 aminosyror. De är rika på basiska aminosyrarester, så de har en nettopositiv laddning, vilket bidrar till deras interaktion med den negativt laddade nukleinsyran för att bilda nukleosomer.

Nukleosomala och överbryggande histoner är kända. De nukleosomala histonerna är H3, H4, H2A och H2B, medan de bindande histonerna tillhör familjen av histoner H1.

Under nukleosommontering bildas initialt specifika dimerer H3-H4 och H2A-H2B. Två H3-H4-dimerer sammanfogas sedan för att bilda tetramerer som senare kombineras med H2A-H2B-dimererna och bildar det oktameriska mitten.

Alla histoner syntetiseras främst under S-fasen i cellcykeln, och nukleosomer samlas i de framväxande DNA-helikterna, strax efter replikationsgaffeln.

Strukturera

Den allmänna strukturen för histoner inkluderar en basisk aminosyraregion och en kulaformig karboxylregion som är mycket konserverad bland eukaryota organismer.

Ett strukturellt motiv känt som "histonvik", sammansatt av tre alfahelixar förbundna med två hårnålar och bildar ett litet hydrofobt centrum, är ansvariga för protein-proteininteraktion mellan histoner som utgör nukleosomen.

Det är denna veck av histoner som utgör den glaskulära karboxyldomänen för dessa nukleosomala proteiner i alla eukaryoter.

Histoner har också små "svansar" eller aminoterminala och andra karboxylterminala regioner (tillgängliga för proteaser), inte mer än 40 aminosyror långa. Båda regionerna är rika på basiska aminosyror som kan genomgå flera post-translationella kovalenta modifieringar.

Bindande histoner

I eukaryoter finns det två familjer av bindande histoner, som skiljer sig från varandra genom deras struktur. Vissa har en trepartsstruktur, med den ovan beskrivna kugledomänen flankerad av "ostrukturerade" N- och C-terminaldomäner; medan andra bara har en C-terminal domän.

Även om de flesta histoner är konserverade, kan specifika varianter uppstå under embryogenes eller mognad av specialiserade celler i vissa organismer. Vissa strukturella variationer har att göra med modifieringar efter översättningen, såsom följande:

- Fosforylering : det tros vara relaterat till modifieringen av graden av kondensation av kromatin och det förekommer ofta i serinrester.

- Acetylering : associerad med kromosomala regioner som är transkriptionellt aktiva. Det förekommer normalt på sidokedjorna hos lysinrester. När det inträffar på dessa rester minskar deras positiva laddning och reducerar därmed proteinernas affinitet för DNA.

- Metylering : kan ske som mono-, di- eller trimetylering av lysinrester som sticker ut från proteinkärnan.

Specifika enzymer är ansvariga för att göra dessa kovalenta modifikationer i histoner. Dessa enzymer inkluderar histonacetyltransferaser (HAT), histondeacetylas-komplex (HDAC) och histonmetyltransferaser och demetylaser.

typer

Karaktäriseringen av histoner har utförts med olika biokemiska tekniker, bland vilka de kromatografier som är baserade på svaga katjonbytarhartser sticker ut.

Vissa författare upprättar en klassificeringsform där 5 huvudtyper av histoner skiljer sig ut i eukaryoter: FI, med 21 kDa proteiner; F2A1 eller FIV av plus eller minus 11,3 kDa; F2A2 eller FIIbI, 14,5 kDa; F2B eller FIIb2, med en molekylvikt av 13,7 kDa och F3 eller FIII, av 15,3 kDa.

Alla dessa typer av histoner, med undantag av IF-gruppen, finns i ekvimolära mängder i celler.

En annan klassificering, med samma giltighet och kanske den mest använda för närvarande, föreslår förekomsten av två olika typer av histoner, nämligen: de som ingår i nukleosomens okamer och de bindande eller överbryggande histonerna, som sammanfogar nukleosomerna mellan ja.

Vissa varianter kan också förekomma mellan arter och till skillnad från kärnhistoner syntetiseras varianter under intervall och införs i förformad kromatin genom en process beroende på energin frigjord från ATP-hydrolys.

Nukleosomala histoner

Centrum för en nukleosom består av ett par av var och en av de fyra beståndsdelar-histonerna: H2a, H2b, H3 och H4; på vilka DNA-segment av cirka 145 baspar är lindade.

Histonerna H4 och H2B är i princip invariant. Vissa variationer är emellertid tydliga i histonerna H3 och H2A, vars biofysiska och biokemiska egenskaper förändrar nukleosomens normala natur.

En variant av histon H2A hos människor, H2A.Z-proteinet har en stor sur region och kan främja nukleosomstabilitet beroende på histon-H3-varianter som det är associerat med.

Dessa histoner visar viss variation mellan arter, ett speciellt fall är histon H2B, för vilken den första tredjedelen av molekylen är mycket varierande.

Bindande histoner

De bindande eller överbryggande histonerna är klass H1-histoner. Dessa är ansvariga för föreningen mellan nukleosomer och skyddet av DNA som sticker ut i början och i slutet av varje partikel.

Till skillnad från nukleosomala histoner, har inte alla histoner av H1 den kuglande regionen av histonen "veck". Dessa proteiner binder till DNA mellan nukleosomer, vilket underlättar en förskjutning av kromatinbalansen mot ett mer kondenserat och mindre aktivt tillstånd, transkriptionellt sett.

Studier har kopplat dessa histoner till åldrande, DNA-reparation och apoptotiska processer, varför de tros spela en avgörande roll för att upprätthålla genomisk integritet.

Funktioner

Alla aminosyrarester av histoner deltar på ett eller annat sätt i sin interaktion med DNA, vilket förklarar det faktum att de är så bevarade bland riket av eukaryota organismer.

Histonernas deltagande i förpackningen av DNA i form av kromatin är av stor relevans för komplexa flercelliga organismer där olika cellinjer endast kan specialisera sig genom att ändra tillgängligheten för deras gener till den transkriptionella maskinen.

De transkriptionellt aktiva genomiska regionerna är täta i nukleosomer, vilket antyder att föreningen av DNA med histonproteiner är avgörande för den negativa eller positiva regleringen av deras transkription.

På samma sätt beror responsen på ett stort antal stimuli, både interna och externa, under en cells livstid på små förändringar i kromatin, som normalt har att göra med ombyggnad och post-translationell modifiering av histonerna som finns i nära relation med DNA.

Flera histonvariabler tjänar olika funktioner i eukaryoter. En av dem har att göra med deltagande av en variant av histon H3 i bildningen av de centromera strukturerna som är ansvariga för segregeringen av kromosomer under mitos.

Motstycket till detta protein i andra eukaryoter har visat sig vara väsentligt för sammansättningen av proteinkinetokoren till vilken spindelmikrotubulor binder under mitos och meios.

referenser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Cellens molekylärbiologi (6: e upplagan). New York: Garland Science.
2. Campos, EI & Reinberg, D. (2009). Histoner: Annotera Chromatin. Annu. Pastor Genet. , 43, 559–599.
3. Harvey, AC, & Downs, JA (2004). Vilka funktioner ger länkarhistoner? Molecular Microbiology, 53, 771–775.
4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Montering av varianthistoner i Chromatin. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Histoner. Annu. Pastor Biochem. , 48, 159–191.
6. Kornberg, RD, & Thomas, JO (1974). Kromatinstruktur: Oligomerer av histonerna. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Histonernas kemi och biologi. Fysiologiska recensioner, 50 (2), 159–170.