Histonové charakteristiky, štruktúra, typy a funkcie

históny sú základné proteíny, ktoré interagujú s DNA na tvorbu nukleozómov, ktoré tvoria chromatínové vlákna tvoriace chromozómy v eukaryotických organizmoch.

Nukleozómy, komplexy tvorené DNA a proteínmi, boli objavené v roku 1974 a sú to históny, ktoré zhromažďujú túto bazálnu úroveň organizácie chromatínu. Existencia histónových proteínov je však známa už pred 60. rokmi.

Históny sú organizované takým spôsobom, že dvojitý pás DNA je obalený okolo proteínového centra zloženého z týchto proteínov, ktoré navzájom úzko interagujú. Centrum histónov má tvar disku a DNA poskytuje okolo 1,7 otáčok okolo neho.

Viacnásobné vodíkové väzby umožňujú väzbu DNA na proteínové centrum tvorené histónmi v každom nukleozóme. Tieto väzby sú tvorené väčšinou medzi aminokyselinovými kostrami histónov a kostrou DNA fosfát-fosfát. Zúčastňujú sa aj niektoré hydrofóbne interakcie a iónové väzby.

Proteíny známe ako "komplexy remodelácie chromatínu" sú zodpovedné za rozpad a tvorbu väzbových väzieb medzi DNA a histónmi, čo umožňuje vstup transkripčného mechanizmu do DNA obsiahnutej v nukleozómoch..

Napriek blízkosti nukleových kyselín k proteínovému centru tvorenému histónmi sú tieto usporiadané takým spôsobom, že v prípade potreby umožňujú vstup transkripčných faktorov a ďalších proteínov súvisiacich s expresiou alebo genetickým umlčaním..

Históny môžu podstúpiť rôzne modifikácie, ktoré generujú viac variantov, čo umožňuje existenciu mnohých rôznych foriem chromatínu, ktoré majú schopnosť modulovať expresiu génu rôznymi spôsobmi..

index

• 1 Charakteristiky
• 2 Štruktúra
  • 2.1 Históny Únie
• 3 Typy
  • 3.1 Nukleozomálne históny
  • 3.2 Union históny
• 4 Funkcie
• 5 Referencie

rysy

Sú to najkonzervatívnejšie eukaryotické proteíny v prírode. Ukázalo sa napríklad, že histón H4 hrachu sa líši len v dvoch z 102 aminokyselinových pozícií kravského proteínu H4..

Históny sú relatívne malé proteíny s nie viac ako 140 aminokyselinami. Sú bohaté na bázické aminokyselinové zvyšky, takže majú pozitívny čistý náboj, ktorý prispieva k ich interakcii s nukleovou kyselinou, negatívne nabitou, za vzniku nukleozómov.

Nukleozomálne a junkčné alebo premostené históny sú známe. Nukleozomálne históny sú H3, H4, H2A a H2B, zatiaľ čo väzbové históny patria do rodiny histónov H1.

Počas zostavovania nukleozómu sa najskôr vytvoria špecifické diméry H3-H4 a H2A-H2B. Dva diméry H3-H4 sa potom spoja za vzniku tetramérov, ktoré sa následne kombinujú s dimérmi H2A-H2B, čím sa vytvorí oktamérne centrum.

Všetky históny sú syntetizované hlavne počas S fázy bunkového cyklu a nukleozómy sú zostavené do nascentných DNA helixov tesne po replikácii vidlice..

štruktúra

Všeobecná štruktúra histónov zahŕňa bázickú aminokyselinovú oblasť a vysoko konzervovanú globulárnu karboxylovú oblasť medzi eukaryotickými organizmami..

Štrukturálny motív známy ako "histónový fold", zložený z troch alfa helixov spojených dvoma vidlami a tvoriacich malé hydrofóbne centrum, je zodpovedný za interakcie proteín-proteín medzi histónmi, ktoré tvoria nukleozóm.

Je to tento násobok histónov, ktoré tvoria globulárnu karboxylovú doménu uvedených nukleozomálnych proteínov vo všetkých eukaryotoch.

Históny majú tiež malé "chvosty" alebo amino-terminálne a iné karboxyl-koncové oblasti (prístupné proteázam) s dĺžkou maximálne 40 aminokyselín. Obe oblasti sú bohaté na bázické aminokyseliny, ktoré môžu byť podrobené viacerým post-translačným kovalentným modifikáciám.

Union histones

V eukaryotoch existujú dve rodiny histónov únie, ktoré sa líšia svojou štruktúrou. Niektoré majú tripartitnú štruktúru, pričom globulárna doména opísaná vyššie je ohraničená N-a C-terminálnymi "neštruktúrovanými" doménami; zatiaľ čo iné majú iba C-koncovú doménu.

Hoci väčšina histónov je zachovaná, niektoré embryonálne varianty môžu vzniknúť počas embryogenézy alebo dozrievania špecializovaných buniek v niektorých organizmoch. Niektoré štrukturálne rozdiely súvisia s post-translačnými úpravami, ako sú nasledovné:

-fosforyláciePredpokladá sa, že súvisí s modifikáciou stupňa kondenzácie chromatínu a bežne sa nachádza v zvyškoch serínu.

-acetylácie: spojené s chromozomálnymi oblasťami, ktoré sú transkripčne aktívne. Obvykle sa vyskytuje v bočných reťazcoch lyzínových zvyškov. Keď sa na týchto zvyškoch vyskytuje pozitívny náboj, znižuje sa afinita proteínov s DNA.

-metylácie: môže byť podávaný ako mono-, di- alebo tri-metilacín lyzínových zvyškov vyčnievajúcich z proteínového jadra.

Špecifické enzýmy sú zodpovedné za uskutočňovanie týchto kovalentných modifikácií v histónoch. Tieto enzýmy zahŕňajú histón acetyl transferázy (HAT), komplexy histón-deacetylázy (HDAC) a histón-metyltransferázy a demetylázy..

typ

Charakterizácia histónov sa uskutočňovala rôznymi biochemickými technikami, medzi ktorými sa vyznačovali chromatografie založené na slabých katiónových výmenníkoch..

Niektorí autori stanovujú klasifikačnú metódu, v ktorej sa rozlišuje 5 hlavných typov histónov v eukaryotoch: FI, s 21 kDa proteínmi; F2A1 alebo FIV, plus alebo mínus 11,3 kDa; F2A2 alebo FIIbI, 14,5 kDa; F2B alebo FIIb2, s molekulovou hmotnosťou 13,7 kDa a F3 alebo FIII, 15,3 kDa.

Všetky tieto typy histónov, s výnimkou skupiny FI, sa nachádzajú v ekvimolárnych množstvách v bunkách.

Ďalšia klasifikácia, s tou istou platnosťou a možno najpoužívanejšou v súčasnosti, navrhuje existenciu dvoch rôznych typov histónov, menovite tých, ktoré sú súčasťou nukleozómového oktaméru a junkčných alebo mostíkových histónov, ktoré spájajú nukleozómy medzi áno.

Niektoré varianty sa môžu vyskytovať aj medzi druhmi a na rozdiel od jadier histónov, varianty sú syntetizované počas rozhrania a sú vložené do vopred vytvoreného chromatínu prostredníctvom procesu závislého na energii uvoľnenej z hydrolýzy ATP..

Nukleozomálne históny

Jadro nukleozómu pozostáva z páru každého zo štyroch konštitutívnych histónov: H2a, H2b, H3 a H4; cez ktoré sú obalené segmenty DNA s približne 145 pármi báz.

Históny H4 a H2B sú v zásade nemenné. Niektoré variácie sú však evidentné v histónoch H3 a H2A, ktorých biofyzikálne a biochemické vlastnosti menia normálnu povahu nukleozómu..

Variantom histón H2A u ľudí, proteín H2A.Z má veľkú kyslú oblasť a môže podporovať stabilitu nukleozómu v závislosti od variantov histónového H3, s ktorými je spojený..

Tieto históny vykazujú určitú variabilitu medzi druhmi, čo je zvláštny prípad histón H2B, pre ktorý je prvá tretina molekuly vysoko variabilná..

Union histones

Spojenie alebo mostík históny sú históny triedy H1. Tie sú zodpovedné za spojenie nukleozómov a ochranu DNA, ktorá vyčnieva na začiatku a konci každej častice.

Na rozdiel od nukleozomálnych histónov, nie všetky históny typu H1 majú globulárnu oblasť "násobku" histónov. Tieto proteíny sa viažu na DNA medzi nukleozómami, čo uľahčuje zmenu rovnováhy chromatínu smerom ku kondenzovanejšiemu a menej aktívnemu stavu, transkripčne hovoriacemu.

Štúdie spájali tieto históny so starnutím, opravami DNA a apoptotickými procesmi, takže sa predpokladá, že majú kľúčovú úlohu pri udržiavaní integrity genómu.

funkcie

Všetky aminokyselinové zvyšky histónov sa nejakým spôsobom podieľajú na ich interakcii s DNA, čo vysvetľuje skutočnosť, že sú tak zachované medzi kráľovstvami eukaryotických organizmov..

Účasť histónov na balení DNA vo forme chromatínu má veľký význam pre komplexné mnohobunkové organizmy, v ktorých sa môžu rôzne bunkové línie špecializovať len zmenou dostupnosti ich génov na transkripčné stroje..

Transkripčne aktívne genomické oblasti sú husté v nukleozómoch, čo naznačuje, že asociácia DNA s histónovými proteínmi je rozhodujúca pre negatívnu alebo pozitívnu reguláciu ich transkripcie.

Podobne, počas života bunky, reakcia na veľký počet stimulov, ako interných, tak externých, závisí od malých zmien chromatínu, ktoré normálne súvisia s posttranslačnou remodeláciou a modifikáciou histónov nachádzajúcich sa v bunkách. úzky vzťah s DNA.

Viaceré histónové premenné majú v eukaryotoch rôzne funkcie. Jeden z nich má čo do činenia s účasťou variantu histónu H3 na tvorbe centromérnych štruktúr zodpovedných za segregáciu chromozómov počas mitózy.

Ukázalo sa, že náprotivok tohto proteínu v iných eukaryotoch je nevyhnutný pre zostavenie proteínového kinetochoru, ku ktorému sa viažu mikrotubuly vretien počas mitózy a meiózy..

referencie

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (6. vydanie). New York: Garland Science.
2. Campos, E. I., & Reinberg, D. (2009). Históny: anotácia chromatínu. Annu. Genet., 43, 559-599.
3. Harvey, A.C., & Downs, J.A. (2004). Aké funkcie poskytuje linker histones? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Zostavenie variantných histónov do chromatínu. Annu. Cell Cell. Dev., Biol., 21, 133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Históny. Annu. Biochem., 48, 159-191.
6. Kornberg, R. D., & Thomas, J. O. (1974). Štruktúra chromatínu: oligoméry histónov. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Chémia a biológia histónov. Physiological Reviews, 50 (2), 159-170.