Гістони характеристик, структури, типів і функцій

The гістонів є основними білками, які взаємодіють з ДНК для утворення нуклеосом, які складають нитки хроматину, що складають хромосоми в еукаріотичних організмах.

Нуклеосоми, комплекси, утворені ДНК і білками, були виявлені в 1974 році і саме гистони збирають цей базальний рівень організації хроматину. Однак існування гістонових білків відомо ще з 1960-х років.

Гістони організовані таким чином, що подвійна смуга ДНК обертається навколо білкового центру, що складається з цих білків, які тісно взаємодіють один з одним. Центр гістонів має форму диска і ДНК дає близько 1,7 обертів навколо нього.

Кілька водневих зв'язків дозволяють зв'язувати ДНК з білковим центром, утвореним гістонами в кожному нуклеосомі. Ці зв'язки утворюються, головним чином, між амінокислотними скелетами гістонів і цукрово-фосфатним остовом ДНК. Деякі гідрофобні взаємодії та іонні зв'язки також беруть участь.

Білки, відомі як "комплекси ремоделювання хроматину", несуть відповідальність за розпад і утворення зв'язуючих зв'язків між ДНК і гістонами, що дозволяє вводити механізм транскрипції в ДНК, що міститься в нуклеосомах.

Незважаючи на близькість нуклеїнових кислот до білкового центру, утвореного гистонами, вони розташовані таким чином, що, якщо необхідно, вони дозволяють вводити фактори транскрипції та інші білки, пов'язані з експресією або генетичним глушінням..

Гістони можуть піддаватися різним модифікаціям, які генерують кілька варіантів, що робить можливим існування багатьох різних форм хроматину, які мають властивість модулювати експресію генів різними способами.

Індекс

• 1 Характеристики
• 2 Структура
  • 2.1 Гістони союзу
• 3 типи
  • 3.1 Нуклеосомальні гістони
  • 3.2 Союзні гістони
• 4 Функції
• 5 Посилання

Особливості

Вони є найбільш консервативними еукаріотичними білками в природі. Було показано, наприклад, що гистон Н4 гороху відрізняється лише двома з 102 амінокислотних положень коров'ячого білка H4.

Гістони відносно невеликі білки, що мають не більше 140 амінокислот. Вони багаті основними амінокислотними залишками, тому вони мають позитивний чистий заряд, що сприяє їх взаємодії з нуклеїнової кислотою, негативно зарядженої, утворюючи нуклеосоми \ t.

Відомі нуклеосомні і сполучні або мостові гістони. Нуклеосомні гістони являють собою Н3, Н4, Н2А і Н2В, в той час як зв'язуючі гістони належать до сімейства гістонів H1..

Під час збирання нуклеосоми спочатку утворюються специфічні димери H3-H4 і H2A-H2B. Два димери H3-H4 потім з'єднуються для утворення тетрамерів, які потім з'єднують з димерами H2A-H2B, утворюючи октамерний центр.

Всі гістони синтезуються головним чином під час фази S клітинного циклу, і нуклеосоми збираються в зароджуються спіралі ДНК, відразу після вилки реплікації..

Структура

Загальна структура гістонів включає основну амінокислотну область і висококонсервативну глобулярну карбоксильну область серед еукаріотичних організмів.

Структурний мотив, відомий як "гістонова складка", що складається з трьох альфа-спіралей, з'єднаних двома вилами і утворюючи невеликий гідрофобний центр, відповідає за білково-білкові взаємодії між гістонами, що складають нуклеосому.

Саме ця складка гістонів утворює глобулярний карбоксильний домен зазначених нуклеосомних білків у всіх еукаріотів.

Гістони також мають невеликі "хвости" або аміно-кінцеві та інші карбоксил-кінцеві області (доступні для протеаз) не більше 40 амінокислот довжиною. Обидві області багаті основними амінокислотами, які можуть піддаватися кількома посттрансляционними ковалентними модифікаціями.

Гістони союзу

У еукаріот є дві сім'ї гістонів союзу, диференційованих за своєю структурою. Деякі з них мають тристоронню структуру, причому глобулярний домен, описаний вище, фланкується N-і С-кінцевими "неструктурованими" доменами; інші мають тільки С-кінцевий домен.

Хоча більшість гістонів зберігаються, деякі специфічні варіанти можуть виникати під час ембріогенезу або дозрівання спеціалізованих клітин у деяких організмах. Деякі структурні варіації пов'язані з посттрансляційними модифікаціями, такими як:

-Фосфорилюваннявважається, що це пов'язано з модифікацією ступеня конденсації хроматину і зазвичай зустрічається в залишках серину.

-Ацетилювання: пов'язані з хромосомними ділянками, які є транскрипційно активними. Це зазвичай відбувається в бічних ланцюгах залишків лізину. При виникненні на цих залишках позитивний заряд зменшується, зменшуючи спорідненість білків з ДНК.

-Метилювання: може бути дано як моно-, ди- або три- метиленовий залишок лізину, що виступає з білкового ядра.

Специфічні ферменти відповідають за виготовлення цих ковалентних модифікацій в гістонах. Ці ферменти включають ацетилтрансферази гістонів (HATs), гистон-деацетилазние комплекси (HDACs) і гистон-метилтрансферази і деметилази..

Типи

Характеристика гістонів була проведена різноманітними біохімічними методами, серед яких виділяються хроматографи, що базуються на слабких катіонообмінних смолах..

Деякі автори встановлюють метод класифікації, при якому у еукаріотах виділяють 5 основних типів гістонів: FI, з білками 21 кДа; F2A1 або FIV, плюс-мінус 11,3 кДа; F2A2 або FIIbI, 14,5 кДа; F2B або FIIb2, з молекулярною масою 13,7 кДа і F3 або FIII, 15,3 кДа.

Всі ці типи гістонів, за винятком групи FI, знаходяться в еквімолярних кількостях в клітинах.

Інша класифікація, з тією ж валідністю і, можливо, найбільш використовуваною в даний час, пропонує існування двох різних типів гістонів, а саме: тих, які є частиною нуклеосомного октамера, і сполуки або мостові гістони, які з'єднують нуклеосоми між так.

Деякі варіанти також можуть виникати між видами і на відміну від гістонів ядра, варіанти синтезуються під час взаємодії і вставляються в попередньо сформований хроматин через процес, залежний від енергії, що виділяється при гідролізі АТФ..

Нуклеосомальні гістони

Ядро нуклеосоми складається з пари кожного з чотирьох конститутивних гістонів: H2a, H2b, H3 і H4; над якими обертаються сегменти ДНК близько 145 пар основ.

Гістони Н4 і Н2В, в принципі, незмінні. Деякі варіації очевидні, однак, у гістонах Н3 і Н2А, чиї біофізичні та біохімічні властивості змінюють нормальну природу нуклеосоми.

Варіант гістонової Н2А у людини, білок H2A.Z має велику кислотну область і може сприяти стабільності нуклеосоми в залежності від варіантів гістонів Н3, з якими він пов'язаний.

Ці гістони демонструють певну мінливість між видами, що є особливим випадком у гістону H2B, для якого перша третина молекули сильно змінюється.

Гістони союзу

Гістони стику або мостів є гістонами класу H1. Вони несуть відповідальність за об'єднання нуклеосом і захист ДНК, який виступає на початку і в кінці кожної частинки.

На відміну від нуклеосомальних гістонів, не всі гістони типу H1 мають глобулярну область "складки" гістонів. Ці білки зв'язуються з ДНК між нуклеосомами, сприяючи зміні балансу хроматину в бік більш конденсованого і менш активного стану, транскрипційно кажучи.

Дослідження пов'язували ці гістони зі старінням, репарацією ДНК і апоптотичними процесами, тому вважається, що вони мають вирішальну роль у підтримці геномної цілісності.

Функції

Всі амінокислотні залишки гістонів беруть участь, так чи інакше, у їх взаємодії з ДНК, що пояснює той факт, що вони так зберігаються серед королівств еукаріотичних організмів..

Участь гістонів у упаковці ДНК у вигляді хроматину має велике значення для складних багатоклітинних організмів, в яких різні лінії клітин можуть спеціалізуватися лише шляхом зміни доступності їх генів до механізму транскрипції..

Транскрипційно активні геномні області щільні в нуклеосомах, що дозволяє припустити, що асоціація ДНК з білками гістонів має вирішальне значення для негативної або позитивної регуляції їх транскрипції..

Аналогічно, протягом життя клітини, відповідь на велику кількість подразників, як внутрішніх, так і зовнішніх, залежить від невеликих змін в хроматині, які зазвичай мають відношення до посттрансляційного ремоделювання та модифікації гістонів, знайдених у тісний зв'язок з ДНК.

Кілька змінних гістонів надають різні функції у еукаріотів. Один з них пов'язаний з участю варіанту гістону Н3 у формуванні центромерних структур, відповідальних за сегрегацію хромосом під час мітозу..

Було показано, що аналог цього білка в інших еукаріотів є суттєвим для складання білка кінетохора, до якого мікротубули веретена зв'язуються під час мітозу і мейозу..

Список літератури

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Молекулярна біологія клітини (6-е изд.). Нью-Йорк: Гарландська наука.
2. Campos, Е. I., & Reinberg, D. (2009). Гістони: Анотація хроматину. Анну. Genet., 43, 559-599.
3. Harvey, A.C., & Downs, J.A. (2004). Які функції забезпечують гістони лінкера? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Збірка варіантів гістонів в хроматин. Анну. Cell. Dev., Biol., 21, 133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Гістони. Анну. Biochem., 48, 159-191.
6. Kornberg, Р. D., & Thomas, J. O. (1974). Структура хроматину: олігомери гістонів. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Хімія та біологія гістонів. Physiological Reviews, 50 (2), 159-170.