Charakteristiky, struktura, typy a funkce histonů

histony jsou základní proteiny, které interagují s DNA pro tvorbu nukleosomů, které tvoří chromatinové řetězce tvořící chromozomy v eukaryotických organismech.

Nukleosomy, komplexy tvořené DNA a proteiny, byly objeveny v roce 1974 a jedná se o histony, které sestavují tuto bazální úroveň organizace chromatinu. Existence histonových proteinů je však známa již před šedesátými léty.

Histony jsou organizovány tak, že dvojitý pás DNA je ovinut kolem proteinového centra složeného z těchto proteinů, které vzájemně úzce interagují. Centrum histonů má tvar disku a DNA dává kolem 1,7 otáček.

Vícenásobné vodíkové vazby umožňují navázání DNA na proteinové centrum tvořené histony v každém nukleozomu. Tyto vazby jsou tvořeny většinou mezi aminokyselinovými kosterami histonů a kostrou DNA z fosfát-fosfátu. Účastní se také některé hydrofobní interakce a iontové vazby.

Proteiny známé jako "komplexy remodelace chromatinu" jsou zodpovědné za rozpad a tvorbu vazebných 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 expresí nebo genetickým umlčováním..

Histony mohou podstoupit různé modifikace, které generují více variant, což umožňuje existenci mnoha různých forem chromatinu, které mají schopnost modulovat expresi genu různými způsoby..

Index

• 1 Charakteristika
• 2 Struktura
  • 2.1 Union histony
• 3 Typy
  • 3.1 Nukleosomální histony
  • 3.2 Union histony
• 4 Funkce
• 5 Odkazy

Vlastnosti

Jsou to nejvíce konzervované eukaryotické proteiny v přírodě. Ukázalo se například, že hrachový histon H4 se liší pouze ve dvou ze 102 aminokyselinových pozic kravského proteinu H4..

Histony jsou relativně malé proteiny, které nemají více než 140 aminokyselin. Jsou bohaté na bazické aminokyselinové zbytky, takže mají kladný čistý náboj, který přispívá k jejich interakci s nukleovou kyselinou, negativně nabitou, za vzniku nukleosomů.

Jsou známy nukleosomální a junkční nebo přemostěné histony. Nukleosomální histony jsou H3, H4, H2A a H2B, zatímco vazebné histony patří do rodiny histonů H1.

Během sestavování nukleosomu se nejprve vytvoří specifické dimery H3-H4 a H2A-H2B. Dva dimery H3-H4 jsou pak spojeny za vzniku tetramerů, které jsou následně kombinovány s dimery H2A-H2B, což tvoří oktamerické centrum.

Všechny histony jsou syntetizovány hlavně během S fáze buněčného cyklu a nukleosomy jsou sestaveny do nascentních DNA helixů těsně po replikační vidlici..

Struktura

Obecná struktura histonů zahrnuje základní aminokyselinovou oblast a vysoce konzervovanou globulovou karboxylovou oblast mezi eukaryotickými organismy.

Strukturální motiv známý jako "histonový fold", složený ze tří alfa helixů spojených dvěma vidličkami a tvořících malé hydrofobní centrum, je zodpovědný za interakce protein-protein mezi histony, které tvoří nukleosom.

To je tento násobek histonů, které tvoří globulární karboxylovou doménu uvedených nukleosomálních proteinů ve všech eukaryotech.

Histony také mají malé "ocasy" nebo amino-terminální a další karboxyl-koncové oblasti (přístupné proteázám) o délce ne více než 40 aminokyselin. Obě oblasti jsou bohaté na bazické aminokyseliny, které mohou podstoupit mnoho post-translačních kovalentních modifikací.

Union histones

V eukaryotech jsou dvě rodiny histonů odborů, diferencované svou strukturou. Někteří mají tripartitní strukturu, s globulární doménou popsanou výše lemovanou N-a C-terminálními "nestrukturovanými" doménami; zatímco jiné mají pouze C-koncovou doménu.

Ačkoli většina histonů je konzervována, některé specifické varianty mohou vzniknout během embryogeneze nebo dozrávání specializovaných buněk v některých organismech. Některé strukturální změny se týkají post-translačních úprav, jako jsou následující:

-FosforylacePředpokládá se, že souvisí se změnou stupně kondenzace chromatinu a obvykle se vyskytuje v serinových zbytcích.

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

-Methylace: může být podáván jako mono-, di- nebo trimetilación lysinových zbytků vyčnívajících z proteinového jádra.

Specifické enzymy jsou zodpovědné za provádění těchto kovalentních modifikací v histonech. Tyto enzymy zahrnují histon acetyl transferázy (HAT), komplexy histon-deacetylázy (HDAC) a histon-methyltransferázy a demethylasy..

Typy

Charakterizace histonů byla prováděna různými biochemickými technikami, mezi nimiž vynikly chromatografie na bázi slabých kationtových výměnných pryskyřic..

Někteří autoři zavádějí klasifikační metodu, ve které se rozlišuje 5 hlavních typů histonů v eukaryotech: FI, s 21 kDa proteiny; F2A1 nebo FIV, plus nebo mínus 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 FI, se nacházejí v ekvimolárních množstvích v buňkách.

Jiná klasifikace, se stejnou platností a možná nejvíce používaná v současnosti, navrhuje existenci dvou různých typů histonů, jmenovitě těch, které jsou součástí nukleosomového oktameru a junkcí nebo můstkových histonů, které spojují nukleosomy mezi ano.

Některé varianty se také mohou vyskytovat mezi druhy a na rozdíl od jádrových histonů, varianty jsou syntetizovány během rozhraní a jsou vloženy do předem vytvořeného chromatinu prostřednictvím procesu závislého na energii uvolněné z hydrolýzy ATP..

Nukleosomální histony

Jádro nukleosomu sestává z páru každého ze čtyř konstitutivních histonů: H2a, H2b, H3 a H4; přes které jsou obaleny segmenty DNA o přibližně 145 párech bází.

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

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

Tyto histony vykazují určitou variabilitu mezi druhy, což je zvláštní případ histonu H2B, u kterého je první třetina molekuly vysoce variabilní.

Union histones

Spojení nebo můstkové histony jsou histony třídy H1. Ty jsou zodpovědné za spojení nukleosomů a ochranu DNA, která vyčnívá na začátku a konci každé částice.

Na rozdíl od nukleosomálních histonů, ne všechny histony typu H1 mají globulární oblast "záhybu" histonů. Tyto proteiny se váží na DNA mezi nukleosomy, což usnadňuje změnu rovnováhy chromatinu směrem ke kondenzovanějšímu a méně aktivnímu stavu, transkripčně řečeno.

Studie spojily tyto histony se stárnutím, opravou DNA a apoptotickými procesy, takže se má za to, že mají zásadní úlohu při udržování integrity genomu.

Funkce

Všechny aminokyselinové zbytky histonů se nějakým způsobem podílejí na jejich interakci s DNA, což vysvětluje skutečnost, že jsou tak zachovány mezi královstvími eukaryotických organismů..

Účast komplexů histonů na obalech DNA ve formě chromatinu má velký význam pro komplexní mnohobuněčné organismy, ve kterých se mohou různé buněčné linie specializovat pouze změnou dostupnosti jejich genů na transkripční zařízení..

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

Podobně, po celou dobu života buňky, odezva na velký počet stimulů, jak vnitřních, tak vnějších, závisí na malých změnách chromatinu, které se obvykle týkají posttranslační remodelace a modifikace histonů nalezených v úzký vztah s DNA.

Více proměnných histonů působí v eukaryotech různé funkce. Jeden z nich má co do činění s účastí varianty histonu H3 při tvorbě centromerických struktur zodpovědných za segregaci chromozomů během mitózy.

Ukázalo se, že protějšek tohoto proteinu v jiných eukaryotech je nezbytný pro sestavení proteinového kinetochoru, ke kterému se mikrotubuly vřetene váží během mitózy a meiózy..

Odkazy

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (6. vydání). New York: Garland věda.
2. Campos, E. I., & Reinberg, D. (2009). Histony: anotační chromatin. Annu. Genet., 43, 559-599.
3. Harvey, A.C., & Downs, J.A. (2004). Jaké funkce linker histones poskytuje? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Sestavení variant histonů do chromatinu. Annu. Cell Cell. Dev., Biol., 21, 133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Histony. Annu. Biochem., 48, 159-191.
6. Kornberg, R. D., & Thomas, J. O. (1974). Struktura chromatinu: oligomery histonů. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Chemie a biologie histonů. Physiological Reviews, 50 (2), 159-170.