A hisztonok olyan alapfehérjék, amelyek kölcsönhatásba lépnek a DNS-sel nukleoszómák kialakulásához, amelyek az eukarióta kromoszómák kromatin-összetevőinek szálát képezik.
A nukleoszómákat, a DNS-ből és fehérjékből álló komplexeket 1974-ben fedezték fel, és hisztonok képezik ezt a kromatin szervezettségi szintet. A hisztonfehérjék létezése azonban az 1960-as évek előtt ismert.
Egy nukleoszóma grafikus ábrázolása, amelyben a hisztonok és a körülötte tekercselt oktamerikus központ van, (DNS: Forrás: Jawahar Swaminathan és az MSD munkatársai az Európai Bioinformatikai Intézetben a Wikimedia Commons segítségével)
A hisztonok oly módon vannak elrendezve, hogy a kettős szálú DNS körülkerül egy fehérjeközpontba, amely ezekből a fehérjékből áll, amelyek szorosan kölcsönhatásba lépnek egymással. A hisztonok középpontja korong alakú, és a DNS körülbelül 1,7-szeres.
A többszörös hidrogénkötések lehetővé teszik a DNS kötődését az egyes nukleoszómákban lévő hisztonok által létrehozott protein-központhoz. Ezek a kötések nagyrészt a hisztonok aminosavvázai és a DNS cukor-foszfát gerince között alakulnak ki. Néhány hidrofób kölcsönhatás és ionos kötés szintén részt vesz.
A "kromatin-átalakító komplexek" néven ismert fehérjék felelnek a DNS és a hisztonok közötti összekötő kapcsolatok megbontásáért és kialakításáért, lehetővé téve a transzkripciós mechanizmusok bejutását a nukleoszómákban található DNS-be.
Annak ellenére, hogy a nukleinsavak a hisztonok által alkotott fehérjeközponthoz közel vannak, ezek úgy vannak elrendezve, hogy szükség esetén lehetővé tegyék a génexpresszióval vagy a géncsendesítéssel kapcsolatos transzkripciós faktorok és egyéb fehérjék belépését.
A hisztonok különböző változtatásokon mehetnek keresztül, amelyek több variánst generálnak, lehetővé téve a kromatin sokféle formájának létezését, amelyek tulajdonsága a gén expressziójának különböző módon történő modulálása.
jellemzők
Ezek a természetben az egyik legkonzerváltabb eukarióta fehérje. Például, a borsó hiszton H4-ből kimutatták, hogy a tehén H4 fehérje 102 aminosavpozíciójában csak kettőben különbözik.
A hisztonok viszonylag kis fehérjék, legfeljebb 140 aminosavat tartalmaznak. Gazdag bázikus aminosavmaradványokban, tehát nettó pozitív töltésük van, ami hozzájárul a negatív töltésű nukleinsavval való kölcsönhatásukhoz nukleoszómák kialakulásához.
Nukleoszomális és áthidaló hisztonok ismertek. A nukleoszómális hisztonok H3, H4, H2A és H2B, míg a kötő hisztonok a H1 hisztonok családjába tartoznak.
A nukleoszóma összeállítás során kezdetben specifikus H3-H4 és H2A-H2B dimerok képződnek. Két H3-H4 dimerek ezután összekapcsolódnak, és olyan tetramereket képeznek, amelyek később a H2A-H2B dimerekkel kombinálódnak, és így alkotják az oktamer centrumot.
Az összes hisztont elsősorban a sejtciklus S fázisában szintetizálják, és a nukleoszómákat az újonnan kialakuló DNS-heliklikumokba gyűjtik össze, közvetlenül a replikációs villát követően.
Szerkezet
A hisztonok általános szerkezete tartalmaz egy bázikus aminosav régiót és egy globális karboxil régiót, amely erősen konzervált az eukarióta szervezetek között.
A „hiszton hajtásnak” nevezett szerkezeti motívum, amely három hajtűvel összekapcsolt három alfa-helikéből áll, és kicsi hidrofób központot képez, felelős a nukleoszómát alkotó hisztonok közötti fehérje-fehérje kölcsönhatásokért.
Ezeknek a hisztonok-ráncok képezik ezen nukleoszómális proteinek globális karboxil-doménjét az összes eukariótában.
A hisztonoknak kis "farok" vagy aminoterminális és más karboxil-terminális régiói vannak (proteázokhoz hozzáférhetők), legfeljebb 40 aminosav hosszú. Mindkét régió gazdag bázikus aminosavakban, amelyek többszörös poszt-transzlációs kovalens módosításokon mennek keresztül.
Kötő hisztonok
Az eukariótákban két kötő hiszton család található, amelyek szerkezetük alapján különböznek egymástól. Néhányuknak háromoldalú felépítése van, a fent ismertetett globális domént "nem strukturált" N- és C-terminális domének határolják; míg másoknak csak C-terminális doménjük van.
Bár a legtöbb hiszton megmarad, az egyes szervezetekben az embriogenezis vagy a speciális sejtek érése során bizonyos specifikus variánsok fordulhatnak elő. Néhány strukturális variációnak kapcsolódnia kell a poszt-transzlációs módosításokhoz, például a következőkhöz:
- Foszforiláció: Úgy gondolják, hogy kapcsolatban áll a kromatin kondenzációs fokának módosításával, és általában a szerinmaradékokban fordul elő.
- Acetilezés: transzkripciósan aktív kromoszomális régiókkal jár. Általában a lizin maradék oldalláncaiban fordul elő. Ahogy ezek a maradványok előfordulnak, pozitív töltésük csökken, ezzel csökkentve a fehérjék affinitását a DNS-hez.
- Metilezés: a fehérjemagból kiálló lizinmaradványok mono-, di- vagy trimetilezésével fordulhat elő.
A kovalens módosítások elvégzéséért a specifikus enzimek felelősek a hisztonokban. Ezek az enzimek tartalmazzák a hiszton-acetil-transzferázokat (HAT-ok), a hiszton-dezacetiláz-komplexeket (HDAC-k), valamint a hiszton-metil-transzferázokat és a demetilázokat.
típusai
A hisztonok jellemzését különféle biokémiai módszerekkel hajtották végre, amelyek közül kiemelkedik a gyenge kationcserélő gyantákon alapuló kromatográfiák.
Egyes szerzők olyan osztályozási formát hoznak létre, amelyben az eukariótákban öt fő hisztontípust különböztetnek meg: FI, 21 kDa fehérjékkel; F2A1 vagy FIV, plusz vagy mínusz 11,3 kDa; F2A2 vagy FIIbI, 14,5 kDa; F2B vagy FIIb2, 13,7 kDa molekulatömeggel, és F3 vagy FIII 15,3 kDa molekulatömeggel.
Az összes ilyen típusú hiszton, az IF csoport kivételével, ekvimoláris mennyiségben található a sejtekben.
Egy másik, azonos érvényességű és talán a jelenleg legszélesebb körben alkalmazott osztályozás két különféle típusú hiszton létezését javasolja, nevezetesen: azokat, amelyek a nukleoszóma oktamerjének részei, és azokat a kötő vagy áthidaló hisztoneket, amelyek kapcsolódnak a nukleoszómák között Igen.
Egyes variánsok előfordulhatnak a fajok között is, és eltérően a mag hisztonoktól, a variánsokat az interfázisok során szintetizálják, és az előzetesen kialakított kromatinba illesztik egy olyan folyamaton keresztül, amely az ATP hidrolíziséből felszabaduló energiától függ.
Nukleoszómális hisztonok
A nukleoszóma közepe mind a négy alkotó hiszton párjából áll: H2a, H2b, H3 és H4; amelyeken körülbelül 145 bázispár hosszúságú DNS-szegmenseket tekercselnek.
A H4 és H2B hisztonok elvben változatlanok. Néhány eltérés nyilvánvaló azonban a H3 és H2A hisztonokban, amelyek biofizikai és biokémiai tulajdonságai megváltoztatják a nukleoszóma normális természetét.
A H2A hiszton egyik változata emberben a H2A.Z fehérje nagy savas régióval rendelkezik, és elősegítheti a nukleoszóma stabilitását attól függően, hogy a H3 hiszton variánsok melyhez kapcsolódnak.
Ezek a hisztonok mutatják a fajok közötti némi variabilitást, különösképpen a H2B hiszton esetében, amelynél a molekula első harmada nagyon változó.
Kötő hisztonok
A kötő vagy áthidaló hisztonok a H1 osztályú hisztonok. Ezek felelősek a nukleoszómák összekapcsolódásáért és a DNS védelméért, amely az egyes részecskék elején és végén kinyúlik.
A nukleoszómális hisztonokkal ellentétben nem minden H1 típusú hiszton rendelkezik a hiszton globális régiójával. Ezek a fehérjék a nukleoszómák közötti DNS-hez kötődnek, megkönnyítve a kromatin-egyensúly elmozdulását egy kondenzált és kevésbé aktív állapot felé, transzkripciós szempontból.
A tanulmányok összekapcsolták ezeket a hisztonokat az öregedéssel, a DNS-javulással és az apoptotikus folyamatokkal, ezért gondolják, hogy ezek döntő szerepet játszanak a genomi integritás fenntartásában.
Jellemzők
A hisztonok összes aminosavmaradványa valamilyen módon részt vesz a DNS-sel való kölcsönhatásban, ami magyarázza azt a tényt, hogy annyira konzerváltak az eukarióta organizmusok birodalmai között.
A hisztonok részvétele a DNS csomagolásában kromatin formájában nagy jelentőséggel bír az összetett többsejtű organizmusok esetében, amelyekben a különböző sejtvonalak csak akkor specializálódhatnak, ha génjeik hozzáférhetőségét megváltoztatják a transzkripciós gépeken.
A transzkripciósan aktív genomiális régiók sűrűek a nukleoszómákban, ami arra utal, hogy a DNS és a hisztonfehérjék közötti asszociáció kritikus jelentőségű transzkripciójuk negatív vagy pozitív szabályozása szempontjából.
Hasonlóképpen, egy sejt élettartama alatt a nagy számú stimulusra adott válasz - mind belső, mind külső - a kromatin kis változásaitól függ, amelyek általában a hisztonok átalakításával és a transzláció utáni módosításával kapcsolatosak. szoros kapcsolat a DNS-sel.
Több hisztonváltozó különböző funkciókat szolgál az eukariótákban. Ezek egyike a H3 hiszton variánsának a mitózis során a kromoszómák szegregációjáért felelős centromer szerkezetek kialakításában való részvételével kapcsolatos.
Ennek a proteinnek a párja más eukariótákban bizonyítottan elengedhetetlen annak a kinetochore proteinnek az összeállításához, amelyhez az orsó mikrotubulusok kötődnek a mitózis és a meiosis során.
Irodalom
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., és Walter, P. (2015). A sejt molekuláris biológiája (6. kiadás). New York: Garland Science.
- Campos, EI és Reinberg, D. (2009). Histonok: Chromatin jelölése. Annu. Genet tiszteletes., 43, 559–599.
- Harvey, AC, és Downs, JA (2004). Milyen funkciókat biztosít a linker hiszton? Molecular Microbiology, 53, 771–775.
- Henikoff, S. és Ahmad, K. (2005). A variáns hisztonok összeállítása a kromatinba. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
- Isenberg, I. (1979). Hisztonokat. Annu. Biochem., 48, 159–191.
- Kornberg, RD és Thomas, JO (1974). Kromatin szerkezete: A hisztonok oligomerjei. Science, 184 (4139), 865-868.
- Smith, E., DeLange, R., és Bonner, J. (1970). A hisztonok kémiája és biológiája. Élettani áttekintés, 50 (2), 159–170.