ХИСТОНИ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, СТРУКТУРА, ВРСТЕ И ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

У хистони су основни протеини који интерагује са ДНК да формирају нуклеозоми, који представљају нити хроматина састојака хромозома код еукариота.

Нуклеозоми, комплекси састављени од ДНК и протеина, откривени су 1974. године, а тај базни ниво организације хроматина чине хистони. Међутим, постојање протеина хистона познато је још од 1960-их година.

Графички приказ нуклеозома са октамерским центром хистона и ДНК-ом намотаним око њега (Извор: Јавахар Сваминатхан и МСД особље Европског института за биоинформатику путем Викимедиа Цоммонса)

Хистони су организовани на такав начин да се дволанчана ДНК омота око протеинског центра састављеног од ових протеина који уско међусобно делују. Средиште хистона је у облику диска, а ДНК иде око 1,7 пута.

Вишеструке водоничне везе омогућавају да се ДНК веже за протеински центар формиран од хистона у сваком нуклеосому. Ове везе настају, највећим делом, између аминокиселинских окосница хистона и шећерно-фосфатне краљежнице ДНК. Неке хидрофобне интеракције и јонске везе такође учествују.

Протеини познати као "комплекси за ремоделирање хроматина" одговорни су за прекидање и формирање спојних веза између ДНК и хистона, омогућавајући транскрипцијским машинама да уђу у ДНК садржану у нуклеосомима.

Упркос близини нуклеинских киселина протеинском центру који формирају хистони, они су распоређени на такав начин да, ако је потребно, омогућавају унос транскрипционих фактора и других протеина који се односе на експресију гена или утишавање гена .

Хистони могу проћи различите модификације које стварају више варијанти, омогућујући постојање много различитих облика хроматина који имају својство модулације експресије гена на различите начине.

карактеристике

Они су један од најчуванијих еукариотских протеина у природи. На пример, показало се да се хистонов грашак Х4 разликује у само два од 102 положаја аминокиселине крављег Х4 протеина.

Хистони су релативно мали протеини, са не више од 140 аминокиселина. Богати су основним аминокиселинским остацима, тако да имају нето позитиван набој, што доприноси њиховој интеракцији са негативно наелектрисаном нуклеинском киселином да формирају нуклеозоме.

Познати су нуклеозомски и премосни хистон. Нуклеозомски хистони су Х3, Х4, Х2А и Х2Б, док везујући хистони припадају породици хистона Х1.

За време склапања нуклеозома, у почетку се формирају специфични димери Х3-Х4 и Х2А-Х2Б. Два Х3-Х4 димера се затим спајају у формирање тетрамера који се касније комбинују са Х2А-Х2Б димерима, формирајући октамерски центар.

Сви хистони се синтетишу углавном током С фазе ћелијског циклуса, а нуклеозоми се састављају у урођеним ДНК хеликоптерима, одмах након вилице за репликацију.

Структура

Општа структура хистона укључује базну аминокиселинску регију и глобуларни карбоксилни регион који је високо очуван међу еукариотским организмима.

Структурални мотив познат као "хистонски набор", састављен од три алфа-хелика спојена двама чеповима за косу и творећи мали хидрофобни центар, одговоран је за интеракције протеина и протеина између хистона који чине нуклеосом.

Управо овај набор хистона чини глобуларни карбоксилни домен ових нуклеозомских протеина у свим еукариотама.

Хистони такође имају мале "репове" или амино-терминалне и остале карбоксил-терминалне области (доступне протеазама), дуге не више од 40 аминокиселина. Обе регије су богате основним аминокиселинама које могу проћи кроз више пост-транслацијских ковалентних модификација.

Везујући хистоне

У еукариотама постоје две породице везних хистона, које се међусобно разликују по својој структури. Неке имају троструку структуру, са глобуларним доменом описаним горе "бочним" Нструктуираним Н- и Ц-терминалним доменима; док други имају само Ц-терминални домен.

Иако је већина хистона сачувана, током ембриогенезе или сазревања специјализованих ћелија у неким организмима могу се појавити неке специфичне варијанте. Неке структуралне варијације имају везе са пост-транслацијским модификацијама као што су следеће:

- Фосфорилација : сматра се да је повезана са модификацијом степена кондензације хроматина и јавља се обично у серинским остацима.

- Ацетилација : повезана са хромозомским регијама које су транскриптивно активне. Обично се јавља у бочним ланцима остатака лизина. Како се јавља на овим остацима, њихов се позитивни набој смањује, смањујући на тај начин афинитет протеина према ДНК.

- Метилација : може се догодити као моно-, ди- или триметилација остатака лизина који стрше из језгра протеина.

Специфични ензими одговорни су за стварање ових ковалентних модификација у хистонима. Ови ензими укључују хистон ацетил трансферазе (ХАТс), хистон деацетилазне комплексе (ХДАЦ) и хистон метилтрансферазе и деметилазе.

Врсте

Карактеризација хистона извршена је различитим биохемијским техникама, међу којима се истичу хроматографије засноване на слабијим катионима.

Одређени аутори успостављају облик класификације у којем се у еукариотама разликују 5 главних типова хистона: ФИ, са 21 кДа протеинима; Ф2А1 или ФИВ од плус или минус 11,3 кДа; Ф2А2 или ФИИбИ, 14,5 кДа; Ф2Б или ФИИб2, са молекулском масом од 13,7 кДа, и Ф3 или ФИИИ, од 15,3 кДа.

Све ове врсте хистона, са изузетком ИФ групе, налазе се у еквимоларним количинама у ћелијама.

Друга класификација, са истом валидношћу и можда најраспрострањенијом у овом тренутку, предлаже постојање две различите врсте хистона, наиме: оних који су део октамера нуклеозома и везујућих или премошћавајућих хистона, који се спајају нуклеозоми између да.

Неке варијације се такође могу појавити између врста и за разлику од основних хистона, варијанте се синтетишу током интерфазе и убацују се у преформирани хроматин процесом зависним од енергије ослобођене хидролизе АТП-а.

Нуклеозомски хистони

Средиште нуклеосома састоји се од пара сваког од четири саставна хистона: Х2а, Х2б, Х3 и Х4; на који су намотани ДНК сегменти од око 145 парова база.

Хистони Х4 и Х2Б су, у принципу, инваријантни. Неке варијације су, међутим, видљиве код хистона Х3 и Х2А, чија биофизичка и биохемијска својства мењају нормалну природу нуклеозома.

Варијанта хистона Х2А код људи, протеин Х2А.З поседује велику киселу регију и може да промовише нуклеозомску стабилност у зависности од варијанте хистона Х3 са којом је повезан.

Ови хистони показују одређену варијабилност између врста, посебан случај је хистон Х2Б, за који је прва трећина молекула веома променљива.

Везујући хистоне

Везујући или премошћавајући хистони су хистони класе Х1. Они су одговорни за сједињење нуклеозома и заштиту ДНК која стрши на почетку и на крају сваке честице.

За разлику од нуклеозомских хистона, не постоје сви хистони типа Х1 који имају глобуларну област хистонског "набора". Ови протеини се везују за ДНК између нуклеозома, олакшавајући померање у кроматинској равнотежи ка више кондензованом и мање активном стању, транскриптивно говорећи.

Студије су ове хистоне повезале са старењем, поправком ДНК и апоптотским процесима, због чега се сматра да играју пресудну улогу у одржавању геномског интегритета.

Карактеристике

Сви аминокиселински остаци хистона учествују, на овај или онај начин, у њиховој интеракцији са ДНК, што објашњава чињеницу да су тако очувани међу краљевствима еукариотских организама.

Учешће хистона у паковању ДНК у облику хроматина од велике је важности за сложене вишећелијске организме у којима се различите ћелијске линије могу специјализовати само променом доступности њихових гена транскрипционим машинама.

Транскрипционо активне геномске регије су густе у нуклеосомима, што сугерише да је повезаност ДНК са протеинима хистона кључна за негативну или позитивну регулацију њихове транскрипције.

Исто тако, током целог живота ћелије, одговор на велики број подстицаја, како унутрашњих тако и спољашњих, зависи од малих промена хроматина, које обично имају везе са ремоделирањем и пост-транслационим модификацијама хистона који се налазе у блиска веза са ДНК.

Вишеструке хистонске променљиве служе различитим функцијама у еукариотама. Једна од њих има везе са учешћем варијанте хистона Х3 у формирању центромерних структура одговорних за сегрегацију хромозома током митозе.

Показало се да је овај протеин у другим еукариотама неопходан за састављање протеина кинетохора за који се вежу микротубуле вретена током митозе и мејозе.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К., и Валтер, П. (2015). Молекуларна биологија ћелије (6. изд.). Нев Иорк: Гарланд Сциенце.
2. Цампос, ЕИ и Реинберг, Д. (2009). Хистони: Напомена Хроматин. Анну. Влч. Генет. , 43, 559–599.
3. Харвеи, АЦ, & Довнс, ЈА (2004). Које функције пружају хистони за повезивање? Молецулар Мицробиологи, 53, 771–775.
4. Хеникофф, С., Ахмад, К. (2005). Склапање варијантних хистона у хроматин. Анну. Рев. Целл. Дев. Биол., 21, 133-153.
5. Исенберг, И. (1979). Хистонес. Анну. Влч. Биоцхем. , 48, 159–191.
6. Корнберг, РД, и Тхомас, ЈО (1974). Хроматинска структура: олигомери хистона. Наука, 184 (4139), 865-868.
7. Смитх, Е., ДеЛанге, Р., и Боннер, Ј. (1970). Хемија и биологија хистона. Физиолошки прегледи, 50 (2), 159–170.