Su histoni su bazični proteini koji međudjeluju s DNA i oblikuje nukleosome, koji tvore pramenove kromatina sastojaka kromosoma u eukariota.
Nukleozomi, kompleksi sastavljeni od DNK i proteina, otkriveni su 1974. godine, a upravo su histoni koji okupljaju tu bazalnu razinu organizacije kromatina. Međutim, postojanje proteina histona poznato je još od prije 1960-ih.
Grafički prikaz nukleozoma s oktamerskim centrom histona i DNA namotanim oko njega (Izvor: Jawahar Swaminathan i osoblje MSD-a iz Europskog instituta za bioinformatiku putem Wikimedia Commonsa)
Histoni su organizirani na takav način da se dvolančana DNA omota oko proteinskog centra sastavljenog od ovih proteina koji usko djeluju jedni s drugima. Središte histona je u obliku diska, a DNK ide oko 1,7 puta.
Višestruke vodikove veze omogućuju da se DNK veže na proteinski centar formiran od histona u svakom nukleosomu. Te veze nastaju najvećim dijelom između aminokiselinskih kralježnica histona i šećerano-fosfatne kralježnice DNA. Također sudjeluju neke hidrofobne interakcije i ionske veze.
Proteini poznati kao "kompleksi za remodeliranje kromatina" odgovorni su za prekid i formiranje spojnih veza između DNK i histona, omogućujući transkripcijskim strojevima da uđu u DNK sadržanu u nukleosomima.
Unatoč blizini nukleinskih kiselina bjelančevinama koje formiraju histoni, oni su raspoređeni na takav način da, ako je potrebno, omogućuju unos transkripcijskih faktora i drugih proteina koji se odnose na ekspresiju gena ili prigušivanje gena, Histoni mogu proći različite modifikacije koje stvaraju više varijanti, omogućujući postojanje mnogo različitih oblika kromatina koji imaju svojstvo moduliranja ekspresije gena na različite načine.
karakteristike
Oni su jedan od najčuvanijih eukariotskih proteina u prirodi. Na primjer, pokazalo se da se histoni grašak H4 razlikuje u samo dva od 102 položaja aminokiselina kravljeg H4 proteina.
Histoni su relativno mali proteini, s ne više od 140 aminokiselina. Bogati su osnovnim aminokiselinskim ostacima, tako da imaju neto pozitivan naboj, što doprinosi njihovoj interakciji s negativno nabijenom nukleinskom kiselinom kako bi tvorili nukleosome.
Poznati su nukleozomski i premosni histon. Nukleozomski histoni su H3, H4, H2A i H2B, dok vezajući histoni pripadaju obitelji histona H1.
Tijekom sklapanja nukleozoma u početku se formiraju specifični dimeri H3-H4 i H2A-H2B. Dva H3-H4 dimera se zatim spajaju u formirajući tetramere koji se kasnije kombiniraju s H2A-H2B dimerima, tvoreći oktamerski centar.
Svi histoni sintetiziraju se uglavnom tijekom S faze staničnog ciklusa, a nukleozomi se sastavljaju u urođenim DNK helikopterima, neposredno nakon vilice za replikaciju.
Struktura
Opća struktura histona uključuje osnovnu aminokiselinsku regiju i globularnu karboksilnu regiju visoko očuvanu među eukariotskim organizmima.
Strukturalni motiv poznat kao "histonski nabor", sastavljen od tri alfa-helika spojena dvama čepovima za kosu i tvoreći mali hidrofobni centar, odgovoran je za interakcije proteina i proteina između histona koji čine nukleosom.
Upravo ovaj nabor histona čini globularnu karboksilnu domenu ovih nukleozomskih proteina u svim eukariotama.
Histoni imaju i male amino-terminale i druge karboksil-terminale (dostupne proteazama) "repove" ili regije, duge ne više od 40 aminokiselina. Obje regije bogate su osnovnim aminokiselinama koje mogu podvrgnuti višestrukim post-translacijskim kovalentnim modifikacijama.
Vezujući histone
U eukariotama postoje dvije obitelji veznih histona, koje se međusobno razlikuju po strukturi. Neke imaju trostruku strukturu, s gore opisanom kugličkom domenom uz "nestrukturirane" N- i C-terminalne domene; dok drugi imaju samo C-terminalnu domenu.
Iako je većina histona sačuvana, tijekom embriogeneze ili sazrijevanja specijaliziranih stanica u nekim organizmima može doći do određenih varijanti. Neke strukturne varijacije imaju veze sa post-translacijskim modifikacijama kao što su sljedeće:
- Fosforilacija: smatra se da je povezana s promjenom stupnja kondenzacije kromatina i ona se obično javlja u serinskim ostacima.
- Acetilacija: povezana je s kromosomskim regijama koje su transkriptivno aktivne. Obično se pojavljuje na bočnim lancima ostataka lizina. Kako se događa na tim ostacima, njihov se pozitivni naboj smanjuje, smanjujući na taj način afinitet proteina prema DNK.
- Metilacija: može se dogoditi kao mono-, di- ili trimetilacija lizinskih ostataka koji strše iz jezgre proteina.
Specifični enzimi odgovorni su za stvaranje ovih kovalentnih modifikacija u histonima. Ti enzimi uključuju histon acetil transferaze (HATs), histon deacetilazne komplekse (HDAC) i histon metiltransferaze i demetilaze.
vrste
Karakterizacija histona provedena je različitim biokemijskim tehnikama, među kojima se ističu kromatografije temeljene na slabim kationskim izmjenjivačkim smolama.
Određeni autori uspostavljaju oblik klasifikacije u kojem se u eukariotama razlikuju 5 glavnih vrsta histona: FI, s 21 kDa proteinima; F2A1 ili FIV od plus ili minus 11,3 kDa; F2A2 ili FIIbI, 14,5 kDa; F2B ili FIIb2, s molekulskom masom od 13,7 kDa, i F3 ili FIII, od 15,3 kDa.
Sve ove vrste histona, s izuzetkom IF skupine, nalaze se u ekvimolarnim količinama u stanicama.
Druga klasifikacija, s istom valjanošću i možda najkorištenijom trenutno, predlaže postojanje dvije različite vrste histona, naime: one koji su dio oktamera nukleozoma i vezujućih ili premošćavajućih histona, koji se pridružuju nukleosomima između Da.
Neke se inačice mogu pojaviti i među vrstama, a za razliku od osnovnih histona, varijante se sintetiziraju tijekom interfaze i ubacuju se u prethodno formirani kromatin postupkom koji ovisi o energiji koja se oslobađa iz hidrolize ATP-a.
Nukleozomski histoni
Središte nukleosoma sastoji se od para svakog od četiri sastavna histona: H2a, H2b, H3 i H4; na kojem su namotani DNK segmenti od oko 145 baznih parova.
Histoni H4 i H2B u principu su invazijski. Neke su razlike, međutim, vidljive kod histona H3 i H2A, čija biofizička i biokemijska svojstva mijenjaju normalnu prirodu nukleosoma.
Varijanta histona H2A kod ljudi, protein H2A.Z posjeduje veliku kiselu regiju i može promovirati nukleozomsku stabilnost ovisno o varijanti histona H3 s kojom je povezan.
Ovi histoni pokazuju određenu varijabilnost među vrstama, poseban slučaj je histon H2B, za koji je prva trećina molekule vrlo varijabilna.
Vezujući histone
Vezujući ili premošćavajući histoni su histoni klase H1. Oni su odgovorni za sjedinjenje nukleosoma i zaštitu DNK koja strši na početku i na kraju svake čestice.
Za razliku od nukleozomskih histona, nemaju svi histoni tipa H1 globularno područje histona "nabora". Ovi se proteini vežu na DNK između nukleozoma, olakšavajući pomak u ravnoteži kromatina prema uskoncentriranijem i manje aktivnom stanju, transkripcijski govoreći.
Studije su povezale ove histone sa starenjem, popravkom DNK i apoptotskim procesima, zbog čega se smatra da imaju ključnu ulogu u održavanju genomskog integriteta.
Značajke
Svi aminokiselinski ostaci histona sudjeluju, na ovaj ili onaj način, u njihovoj interakciji s DNK, što objašnjava činjenicu da su tako sačuvani među kraljevstvima eukariotskih organizama.
Sudjelovanje histona u pakiranju DNK u obliku kromatina od velike je važnosti za složene višećelijske organizme u kojima se različite stanične linije mogu specijalizirati samo promjenom dostupnosti njihovih gena transkripcijskim strojevima.
Transkripcijsko aktivne genomske regije guste su u nukleosomima, što sugerira da je povezanost DNA s proteinima histona ključna za negativnu ili pozitivnu regulaciju njihove transkripcije.
Isto tako, tijekom cijelog životnog vijeka, odgovor na veliki broj podražaja, unutarnjih i vanjskih, ovisi o malim promjenama kromatina, koje obično imaju veze s remodeliranjem i post-translacijskim modifikacijama histona pronađenih u blizak odnos s DNK.
Višestruke histonske varijable služe različitim funkcijama u eukariota. Jedna od njih odnosi se na sudjelovanje varijante histona H3 u stvaranju centromernih struktura odgovornih za segregaciju kromosoma tijekom mitoze.
Pokazano je da je ovaj protein u ostalim eukariotima neophodan za sastavljanje proteina kinetohora na koji se vretenaste mikrotubule vežu za vrijeme mitoze i mejoze.
Reference
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., i Walter, P. (2015). Molekularna biologija stanice (6. izd.). New York: Garland Science.
- Campos, EI i Reinberg, D. (2009). Histoni: Napomena Kromatin. Annu. Vlč. Genet., 43, 559–599.
- Harvey, AC, & Downs, JA (2004). Koje funkcije pružaju histoni za povezivanje? Molecular Microbiology, 53, 771–775.
- Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Sastavljanje varijanata histona u kromatin. Annu. Vlč. Ćelija. Dev. Biol., 21, 133-153.
- Isenberg, I. (1979). Histoni. Annu. Vlč. Biochem., 48, 159–191.
- Kornberg, RD, & Thomas, JO (1974). Kromatinska struktura: oligomeri histona. Znanost, 184 (4139), 865-868.
- Smith, E., DeLange, R., i Bonner, J. (1970). Kemija i biologija histona. Fiziološki pregledi, 50 (2), 159–170.