Histonas īpašības, struktūra, veidi un funkcijas

The histonus ir bāzes olbaltumvielas, kas mijiedarbojas ar DNS, veidojot nukleozomas, kas veido hromatīna dzīslas, kas veido hromosomas eukariotiskos organismos..

Nukleosomi, DNS un proteīnu veidotie kompleksi tika atklāti 1974. gadā, un tas ir histoni, kas apkopo šo pamata hromatīna līmeņa līmeni. Tomēr histona olbaltumvielu esamība ir zināma kopš 1960. gadiem.

Histoni ir sakārtoti tādā veidā, ka DNS dubultā josla tiek aptīta ap proteīnu centru, kas sastāv no šiem proteīniem, kas cieši sadarbojas. Histona centrā ir disku forma un DNS dod aptuveni 1,7 apļa.

Vairākas ūdeņraža saites nodrošina DNS saistīšanos ar proteīna centru, ko veido katrā nukleozomā esošie histoni. Šīs saites galvenokārt veidojas starp histonu aminoskābju skeletiem un DNS cukura fosfāta mugurkaulu. Piedalās arī dažas hidrofobās mijiedarbības un jonu saites.

Proteīni, kas pazīstami kā "hromatīna remodelēšanas kompleksi", ir atbildīgi par DNS un histonu sasaistes saites veidošanos un veidošanos, ļaujot transkripcijas mehānismu iekļūt nukleozomās esošajā DNS..

Neskatoties uz to, ka nukleīnskābes ir tuvas histonu veidotajam proteīna centram, tās ir sakārtotas tā, lai nepieciešamības gadījumā tās ļautu ievadīt transkripcijas faktorus un citus proteīnus, kas saistīti ar ekspresiju vai ģenētisko klusēšanu..

Histoniem var būt dažādas modifikācijas, kas ģenerē vairākus variantus, padarot iespējamu daudz dažādu hromatīna formu, kam ir atšķirīga gēnu ekspresijas modulācijas īpašība..

Indekss

• 1 Raksturojums
• 2 Struktūra
  • 2.1. Savienību histoni
• 3 veidi
  • 3.1. Nukleosomālie histoni
  • 3.2. Savienības histoni
• 4 Funkcijas
• 5 Atsauces

Funkcijas

Tās ir dabīgākās konservētās eukariotiskās olbaltumvielas. Piemēram, ir pierādīts, ka zirņu histons H4 atšķiras tikai divās no 102 govs olbaltumvielu H4 aminoskābju pozīcijām..

Histoni ir salīdzinoši nelieli proteīni ar ne vairāk kā 140 aminoskābēm. Tie ir bagāti ar pamata aminoskābju atlikumiem, tāpēc tiem ir pozitīva neto lādiņa, kas veicina to mijiedarbību ar negatīvi lādētu nukleīnskābi, veidojot nukleozomas.

Ir zināmi nukleozomālie un savienojošie vai tilta histoni. Nukleozomālie histoni ir H3, H4, H2A un H2B, bet saistošie histoni pieder H1 histona ģimenei..

Nukleozomas montāžas laikā sākotnēji veidojas specifiskie dimeri H3-H4 un H2A-H2B. Tad divi H3-H4 dimeri tiek savienoti, veidojot tetramērus, kas pēc tam tiek apvienoti ar H2A-H2B dimeriem, veidojot oktamēra centru..

Visi histoni tiek sintezēti galvenokārt šūnu cikla S fāzē, un nukleozomi tiek samontēti topošajās DNS spraugās, tieši pēc replikācijas dakšas..

Struktūra

Histonu vispārējā struktūra ietver bāzes aminoskābju reģionu un ļoti konservētu globulārā karboksila reģionu starp eukariotiskajiem organismiem.

Strukturālais motīvs, kas pazīstams kā "histona locījums", kas sastāv no trim alfa spriegumiem, ko savieno divi dakšiņas un veido nelielu hidrofobu centru, ir atbildīgs par proteīnu un olbaltumvielu mijiedarbību starp histoniem, kas veido nukleozoomu.

Tieši šīs histonu reizes veido šo nukleozomālo proteīnu globulāro karboksil domēnu visās eukariotēs..

Histoniem ir arī mazi "astes" vai aminoskābju un citi karboksil-gala reģioni (pieejami proteāzēm), kuru garums nepārsniedz 40 aminoskābes. Abi reģioni ir bagāti ar bāziskām aminoskābēm, kas var izpausties pēc vairāku pēctranslācijas kovalentu modifikāciju.

Savienības histoni

Eukariotos ir divas savienības histonu grupas, kas atšķiras pēc to struktūras. Dažiem ir trīspusēja struktūra, kurā iepriekš aprakstītais globālais domēns ir savienots ar N-un C-termināla "nestrukturētiem" domēniem; kamēr citiem ir tikai C-termināla domēns.

Lai gan vairums histonu ir konservēti, embriogenezes laikā vai dažu organismu specializēto šūnu nogatavināšanas laikā var rasties daži specifiski varianti. Dažas strukturālas atšķirības ir saistītas ar pēctulkojumu modifikācijām, piemēram:

-Fosforilēšana: tiek uzskatīts, ka tas ir saistīts ar hromatīna kondensācijas pakāpes modifikāciju un parasti sastopams serīna atliekās.

-Acetilēšana: saistīts ar hromosomu reģioniem, kas ir transkripcionāli aktīvi. Tas parasti notiek lizīna atlieku sānu ķēdēs. Veicot šos atlikumus, pozitīvais lādiņš samazinās, samazinot proteīnu afinitāti ar DNS.

-Metilēšana: var dot kā lizīna atlikumu mono-, di- vai tri- metilación, kas izvirzās no proteīna kodola.

Īpaši fermenti ir atbildīgi par šo kovalento modifikāciju veikšanu histonos. Šie fermenti ietver histona acetil-transferāzes (HAT), histona-dezacetilāzes kompleksus (HDAC) un histona-metiltransferāzes un demetilāzes..

Veidi

Histonu raksturojums ir veikts ar dažādām bioķīmiskām metodēm, kuru vidū izceļas hromatogrāfijas, kuru pamatā ir vāji katjonu apmaiņas sveķi..

Daži autori izveido klasifikācijas metodi, kurā eukariotos tiek izdalīti 5 galvenie histonu veidi: FI, ar 21 kDa proteīniem; F2A1 vai FIV, plus vai mīnus 11,3 kDa; F2A2 vai FIIbI, 14,5 kDa; F2B vai FIIb2 ar molekulmasu 13,7 kDa un F3 vai FIII, 15,3 kDa.

Visi šie histonu veidi, izņemot FI grupu, šūnās atrodami ekvimolāros daudzumos.

Vēl viena klasifikācija ar tādu pašu derīgumu un, iespējams, visbiežāk izmantoto, ierosina divu dažādu histonu veidu klātbūtni, proti: tie, kas ir daļa no nukleozomu oktamēra un krustojuma vai tilta histoniem, kas savieno nukleozomas starp jā.

Daži varianti var notikt arī starp sugām un atšķirībā no kodolu histoniem, varianti tiek sintezēti saskarnes laikā un tiek ievietoti iepriekš sagatavotā hromatīnā, izmantojot procesu, kas atkarīgs no enerģijas, kas atbrīvojas no ATP hidrolīzes..

Nukleosomālie histoni

Nukleozomas kodols sastāv no katra no četriem konstitūcijas histoniem: H2a, H2b, H3 un H4; kurā ir iesaiņoti aptuveni 145 bāzes pāru DNS segmenti.

Histoni H4 un H2B principā ir nemainīgi. Dažas variācijas ir acīmredzamas H3 un H2A histonos, kuru biofizikālās un bioķīmiskās īpašības maina nukleozes normālo dabu..

Hematona H2A variants cilvēkiem H2A.Z proteīnam ir liels skābes apgabals un var veicināt nukleozomas stabilitāti atkarībā no histona H3 variantiem, ar kuriem tas ir saistīts..

Šiem histoniem ir zināma variabilitāte starp sugām, kas ir īpašs histona H2B gadījums, kuram pirmās trešdaļas molekula ir ļoti mainīga..

Savienības histoni

Krustojuma vai tilta histoni ir H1 klases histoni. Tie ir atbildīgi par savienojumu starp nukleozomām un DNS aizsardzību, kas izvirzās katra daļiņas sākumā un beigās.

Atšķirībā no nukleozomālo histonu, ne visi H1 tipa histoni satur histonu "locījuma" globulāro reģionu. Šie proteīni saistās ar DNS starp nukleozomām, veicinot hromatīna līdzsvaru pret kondensēto un mazāk aktīvo stāvokli, transkripcionāli runājot.

Pētījumos šie histoni ir saistīti ar novecošanu, DNS remontu un apoptotiskiem procesiem, tāpēc tiek uzskatīts, ka tiem ir izšķiroša loma genoma integritātes saglabāšanā..

Funkcijas

Visas histonu aminoskābju atliekas vienā vai otrā veidā piedalās mijiedarbībā ar DNS, kas izskaidro faktu, ka tie ir tik konservēti eukariotisko organismu valstībā..

Histonu dalība DNS iepakojumā hromatīna formā ir ļoti nozīmīga sarežģītiem daudzšūnu organismiem, kuros dažādas šūnu līnijas var specializēties tikai, mainot to gēnu pieejamību transkripcijas iekārtai..

Transkripciāli aktīvi genomi reģioni ir blīvi nukleozomās, kas liek domāt, ka DNS saistība ar histonu proteīniem ir būtiska negatīvai vai pozitīvai to transkripcijas regulēšanai..

Tāpat visā šūnas dzīves laikā atbildes reakcija uz lielu iekšējo un ārējo stimulu skaitu ir atkarīga no nelielām izmaiņām hromatīnā, kas parasti ir saistītas ar pēctranslācijas remodelāciju un histonu izmaiņām, kas atrodamas ciešas attiecības ar DNS.

Vairāku histonu mainīgie eukariotos izmanto dažādas funkcijas. Viens no tiem ir saistīts ar histona H3 varianta piedalīšanos centromēru struktūru veidošanā, kas atbild par hromosomu segregāciju mitozes laikā..

Ir pierādīts, ka šī proteīna ekvivalents citos eukariotos ir būtisks proteīna kinetochore montāžai, kurai vārpstas mikrotubulas saistās mitozes un meiozes laikā..

Atsauces

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Šūnu molekulārā bioloģija (6. izdevums). Ņujorka: Garland Zinātne.
2. Campos, E. I., & Reinberg, D. (2009). Histoni: anotācija hromatīnam. Annu. Genet., 43, 559-599.
3. Harvey, A. C., un Downs, J. A. (2004). Kādas funkcijas nodrošina linkera histoni? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
4. Henikoffs, S., un Ahmad, K. (2005). Histonu variantu montāža hromatīnā. Annu. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Histoni. Annu. Biochem., 48, 159-191.
6. Kornbergs, R. D., un Thomas, J. O. (1974). Hromatīna struktūra: histonu oligomēri. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., un Bonners, J. (1970). Histonu ķīmija un bioloģija. Fizioloģiskās atsauksmes, 50 (2), 159-170.