Vlastnosti, struktura, typy a funkce histonů

1239
Abraham McLaughlin

The histony jsou základní proteiny, které interagují s DNA za vzniku nukleosomů, které tvoří vlákna chromatinu, která tvoří chromozomy v eukaryotických organismech.

Nukleosomy, komplexy složené z DNA a proteinů, byly objeveny v roce 1974 a jsou to histony, které tvoří tuto základní hladinu organizace chromatinu. Existence histonových proteinů je však známa již před šedesátými léty..

Grafické znázornění nukleosomu s oktamerním centrem histonů a DNA, které se kolem něj stočily (Zdroj: Jawahar Swaminathan a pracovníci MSD v Evropském bioinformatickém institutu [Public domain] prostřednictvím Wikimedia Commons)

Histony jsou organizovány takovým způsobem, že dvojpásmová DNA se obaluje kolem proteinového centra složeného z těchto proteinů, které spolu úzce interagují. Centrum histonů má tvar disku a DNA kolem něj obíhá 1,7krát..

Několik vodíkových vazeb umožňuje DNA vázat se na proteinové centrum tvořené histony v každém nukleosomu. Tyto vazby se vytvářejí z větší části mezi aminokyselinovými kostry histonů a cukerně-fosfátovou kostrou DNA. Účastní se také některé hydrofobní interakce a iontové vazby.

Proteiny známé jako "komplexy remodelace chromatinu" jsou zodpovědné za rozklad a tvorbu spojovacích vazeb mezi DNA a histony, což umožňuje vstup transkripčního aparátu do DNA obsažené v nukleosomech.

Navzdory blízkosti nukleových kyselin k proteinovému centru tvořenému histony jsou tyto uspořádány takovým způsobem, že v případě potřeby umožňují vstup transkripčních faktorů a dalších proteinů souvisejících s genovou expresí nebo umlčováním genů..

Histony mohou podstoupit různé modifikace, které generují více variant, což umožňuje existenci mnoha různých forem chromatinu, které mají tu vlastnost, že různými způsoby modulují genetickou expresi..

Rejstřík článků

  • 1 Funkce
  • 2 Struktura
    • 2.1 Vazba histonů
  • 3 typy
    • 3.1 Nukleosomální histony
    • 3.2 Vazba histonů
  • 4 funkce
  • 5 Reference

Vlastnosti

Jsou jedním z nejzachovalejších eukaryotických proteinů v přírodě. Například bylo prokázáno, že histon H4 hrachu se liší pouze ve dvou ze 102 aminokyselinových poloh kravského proteinu H4..

Histony jsou relativně malé bílkoviny s ne více než 140 aminokyselinami. Jsou bohaté na bazické aminokyselinové zbytky, takže mají čistý kladný náboj, který přispívá k jejich interakci se záporně nabitou nukleovou kyselinou za vzniku nukleosomů..

Nukleosomální a přemosťující histony jsou známy. Nukleosomální histony jsou H3, H4, H2A a H2B, zatímco vazebné histony patří do rodiny histonů H1.

Během sestavování nukleosomů se zpočátku vytvářejí specifické dimery H3-H4 a H2A-H2B. Dva dimery H3-H4 se potom spojí a vytvoří tetramery, které se později spojí s dimery H2A-H2B a vytvoří oktamerní centrum..

Všechny histony jsou syntetizovány hlavně během S fáze buněčného cyklu a nukleosomy se shromažďují v rodících se helixech DNA, těsně po replikační vidlici..

Struktura

Obecná struktura histonů zahrnuje bazickou aminokyselinovou oblast a globulární karboxylovou oblast vysoce konzervovanou mezi eukaryotickými organismy..

Strukturní motiv známý jako „histonový záhyb“, složený ze tří alfa šroubovic spojených dvěma vlásenkami a tvořících malé hydrofobní centrum, je zodpovědný za interakce protein-protein mezi histony, které tvoří nukleosom..

Je to tento záhyb histonů, který tvoří globulární karboxylovou doménu těchto nukleosomálních proteinů u všech eukaryot..

Histony mají také malé "konce" nebo amino-koncové a další karboxy-koncové oblasti (přístupné pro proteázy), ne delší než 40 aminokyselin. Obě oblasti jsou bohaté na bazické aminokyseliny, které mohou podstoupit několik posttranslačních kovalentních modifikací..

Vazba histonů

V eukaryotech existují dvě rodiny vazebných histonů, které se navzájem odlišují svou strukturou. Některé mají tripartitní strukturu, přičemž výše popsaná globulární doména je obklopena „nestrukturovanými“ N- a C-koncovými doménami; zatímco jiné mají pouze doménu C-terminálu.

I když je většina histonů konzervována, během embryogeneze nebo zrání specializovaných buněk v některých organismech mohou vzniknout specifické varianty. Některé strukturální variace se týkají posttranslačních úprav, jako například:

-Fosforylace: předpokládá se, že to souvisí se změnou stupně kondenzace chromatinu a běžně se vyskytuje v serinových zbytcích.

-Acetylace: spojené s chromozomálními oblastmi, které jsou transkripčně aktivní. Obvykle se vyskytuje na postranních řetězcích lysinových zbytků. Pokud se vyskytnou na těchto zbytcích, jejich pozitivní náboj klesá, čímž se snižuje afinita proteinů k DNA..

-Methylace: může nastat jako mono-, di- nebo trimethylace zbytků lysinu, které vyčnívají z proteinového jádra.

Za tyto kovalentní modifikace histonů jsou odpovědné specifické enzymy. Mezi tyto enzymy patří histon-acetyltransferázy (HAT), histon-deacetylázové komplexy (HDAC) a histon-methyltransferázy a demetylázy..

Typy

Charakterizace histonů byla provedena různými biochemickými technikami, mezi nimiž vynikají chromatografie založené na slabých kationtoměničových pryskyřicích..

Někteří autoři zavádějí formu klasifikace, ve které se u eukaryot rozlišuje 5 hlavních typů histonů: FI, s 21 kDa proteiny; F2A1 nebo FIV, plus nebo minus 11,3 kDa; F2A2 nebo FIIbI, 14,5 kDa; F2B nebo FIIb2 s molekulovou hmotností 13,7 kDa a F3 nebo FIII 15,3 kDa.

Všechny tyto typy histonů, s výjimkou skupiny IF, se v buňkách nacházejí v ekvimolárních množstvích..

Další klasifikace, se stejnou platností a možná dnes nejpoužívanější, navrhuje existenci dvou různých typů histonů, a to: těch, které jsou součástí oktameru nukleosomu a vazebných nebo přemosťujících histonů, které se připojují k nukleosomům mezi Yes.

Některé varianty se mohou také vyskytovat mezi druhy a na rozdíl od jádrových histonů se varianty syntetizují během mezifáze a jsou vloženy do předem vytvořeného chromatinu procesem závislým na energii uvolněné z hydrolýzy ATP..

Nukleosomální histony

Střed nukleosomu sestává z páru každého ze čtyř základních histonů: H2a, H2b, H3 a H4; na kterém jsou navinuty segmenty DNA asi 145 párů bází.

Histony H4 a H2B jsou v zásadě neměnné. Některé variace jsou však patrné u histonů H3 a H2A, jejichž biofyzikální a biochemické vlastnosti mění normální povahu nukleosomu..

Varianta histonu H2A u lidí má protein H2A.Z velkou kyselou oblast a může podporovat stabilitu nukleosomů v závislosti na variantách histonu H3, s nimiž je spojen..

Tyto histony vykazují určitou variabilitu mezi druhy, zvláštním případem je histon H2B, pro který je první třetina molekuly vysoce variabilní..

Vazba histonů

Vazebné nebo přemosťující histony jsou histony třídy H1. Ty jsou zodpovědné za spojení mezi nukleosomy a ochranu DNA, která vyčnívá na začátku a na konci každé částice..

Na rozdíl od nukleosomálních histonů ne všechny histony typu H1 mají globulární oblast „záhybu“ histonu. Tyto proteiny se vážou na DNA mezi nukleosomy, což transkripčně umožňuje posun rovnováhy chromatinu směrem ke kondenzovanějšímu a méně aktivnímu stavu..

Studie spojily tyto histony se stárnutím, opravou DNA a apoptotickými procesy, a proto se předpokládá, že hrají klíčovou roli při udržování genomové integrity.

Funkce

Všechny aminokyselinové zbytky histonů se tak či onak podílejí na jejich interakci s DNA, což vysvětluje skutečnost, že jsou tak konzervované mezi královstvími eukaryotických organismů.

Účast histonů na balení DNA ve formě chromatinu má velký význam pro složité mnohobuněčné organismy, na které se různé buněčné linie mohou specializovat pouze změnou přístupnosti svých genů k transkripčnímu aparátu..

Transkripčně aktivní genomové oblasti jsou v nukleosomech husté, což naznačuje, že asociace DNA s histonovými proteiny je zásadní pro negativní nebo pozitivní regulaci jejich transkripce..

Stejně tak po celou dobu životnosti buňky závisí reakce na velké množství vnitřních i vnějších stimulů na malých změnách v chromatinu, které mají obvykle co do činění s remodelací a posttranslační modifikací histonů nalezených v úzkém vztahu s DNA.

Vícenásobné histonové proměnné mají u eukaryot různé funkce. Jeden z nich souvisí s účastí varianty histonu H3 na tvorbě centromerních struktur odpovědných za segregaci chromozomů během mitózy..

Ukázalo se, že protějšek tohoto proteinu v jiných eukaryotech je nezbytný pro sestavení proteinového kinetochore, na který se vřetenové mikrotubuly váží během mitózy a meiózy..

Reference

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molekulární biologie buňky (6. vydání). New York: Garland Science.
  2. Campos, E. I. a Reinberg, D. (2009). Histony: Anotace chromatinu. Annu. Genet., 43, 559-599.
  3. Harvey, A. C., & Downs, J. A. (2004). Jaké funkce poskytují linkerové histony? Molekulární mikrobiologie, 53, 771-775.
  4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Sestavení variantních histonů do chromatinu. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., dvacet jedna, 133-153.
  5. Isenberg, I. (1979). Histony. Annu. Biochem., 48, 159-191.
  6. Kornberg, R. D. a Thomas, J. O. (1974). Struktura chromatinu: Oligomery histonů. Věda, 184(4139), 865-868.
  7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Chemie a biologie histonů. Fyziologické recenze, padesátka(2), 159-170.

Zatím žádné komentáře