Tieto históny sú základné proteíny, ktoré interagujú s DNA za vzniku nukleosomy, ktoré tvoria vlákna chromatínu zložiek chromozómov v eukaryoty.
Nukleozómy, komplexy tvorené DNA a proteínmi, boli objavené v roku 1974 a túto základnú úroveň organizácie chromatínu tvoria históny. Existencia histónových proteínov je však známa už pred 60. rokmi.
Grafické znázornenie nukleozómu s oktamerickým centrom histónov a DNA zvinutých okolo neho (Zdroj: Jawahar Swaminathan a pracovníci MSD v Európskom inštitúte bioinformatiky prostredníctvom Wikimedia Commons)
Históny sú usporiadané takým spôsobom, že dvojreťazcová DNA sa ovinie okolo proteínového centra zloženého z týchto proteínov, ktoré navzájom úzko interagujú. Centrum histónov má tvar disku a DNA sa pohybuje okolo 1,7-krát.
Viaceré vodíkové väzby umožňujú DNA viazať sa na proteínové centrum tvorené histónmi v každom nukleozóme. Tieto väzby sa tvoria zväčša medzi aminokyselinovými kostrami histónov a kostrou cukru a fosfátov DNA. Zúčastňujú sa aj niektoré hydrofóbne interakcie a iónové väzby.
Proteíny známe ako "komplexy remodelovania chromatínu" sú zodpovedné za prerušenie a vytvorenie spojovacích spojení medzi DNA a histónmi, čo umožňuje transkripčnému stroju vstúpiť do DNA obsiahnutej v nukleozómoch.
Napriek blízkosti nukleových kyselín k proteínovému centru tvorenému histónmi sú tieto usporiadané takým spôsobom, že v prípade potreby umožňujú vstup transkripčných faktorov a ďalších proteínov súvisiacich s génovou expresiou alebo umlčaním génov. ,
Históny môžu podstúpiť rôzne modifikácie, ktoré generujú viac variantov, čo umožňuje existenciu mnohých rôznych foriem chromatínu, ktoré majú schopnosť modulovať génovú expresiu rôznymi spôsobmi.
vlastnosti
Sú jedným z najviac konzervovaných eukaryotických proteínov v prírode. Napríklad sa ukázalo, že hrachový histón H4 sa líši iba v dvoch zo 102 aminokyselinových pozícií proteínu H4 kravy.
Históny sú relatívne malé bielkoviny s najviac 140 aminokyselinami. Sú bohaté na bázické aminokyselinové zvyšky, takže majú čistý pozitívny náboj, ktorý prispieva k ich interakcii s negatívne nabitou nukleovou kyselinou za vzniku nukleozómov.
Nukleozomálne a premosťujúce históny sú známe. Nukleozomálne históny sú H3, H4, H2A a H2B, zatiaľ čo väzobné históny patria do rodiny histónov H1.
Pri zostavovaní nukleozómov sa najprv vytvárajú špecifické diméry H3-H4 a H2A-H2B. Dva diméry H3-H4 sa potom spoja a vytvoria tetraméry, ktoré sa neskôr kombinujú s dimérmi H2A-H2B, čím sa vytvorí oktamérne centrum.
Všetky históny sa syntetizujú hlavne počas fázy S bunkového cyklu a nukleozómy sa zhromažďujú v rodiacich sa helixoch DNA, hneď po replikačnej vidlici.
štruktúra
Všeobecná štruktúra histónov zahrnuje bázickú aminokyselinovú oblasť a globulárnu karboxylovú oblasť vysoko konzervovanú medzi eukaryotickými organizmami.
Štrukturálny motív známy ako „histónový záhyb“, zložený z troch alfa helixov spojených dvoma vlásenkami a tvoriacich malé hydrofóbne centrum, je zodpovedný za interakcie proteín-proteín medzi histónmi, ktoré tvoria nukleozóm.
Práve tento násobok histónov tvorí globulárnu karboxylovú doménu týchto nukleozomálnych proteínov vo všetkých eukaryotoch.
Históny majú tiež malé "chvosty" alebo amino-terminálne a ďalšie karboxy-terminálne oblasti (prístupné proteázam), nie dlhšie ako 40 aminokyselín. Obidve oblasti sú bohaté na bázické aminokyseliny, ktoré môžu podstúpiť viac posttranslačných kovalentných modifikácií.
Väzobné históny
V eukaryotoch existujú dve rodiny väzobných histónov, ktoré sa navzájom odlišujú svojou štruktúrou. Niektoré majú tripartitnú štruktúru, pričom globulárna doména opísaná vyššie je lemovaná „neštruktúrovanými“ N- a C-terminálnymi doménami; zatiaľ čo iné majú iba doménu C-terminálu.
Aj keď je väčšina histónov zachovaná, počas embryogenézy alebo dozrievania špecializovaných buniek v niektorých organizmoch sa môžu vyskytnúť niektoré špecifické varianty. Niektoré štrukturálne variácie súvisia s posttranslačnými modifikáciami, ako sú napríklad tieto:
- Fosforylácia : predpokladá sa, že súvisí s modifikáciou stupňa kondenzácie chromatínu a vyskytuje sa bežne v serínových zvyškoch.
- Acetylácia : spojená s chromozomálnymi oblasťami, ktoré sú transkripčne aktívne. Normálne sa vyskytuje na postranných reťazcoch lyzínových zvyškov. Ako sa vyskytuje na týchto zvyškoch, ich pozitívny náboj klesá, čím sa znižuje afinita proteínov k DNA.
- Metylácia : môže sa vyskytovať ako mono-, di- alebo trimetylácia zvyškov lyzínu, ktoré vyčnievajú z proteínového jadra.
Za uskutočnenie týchto kovalentných modifikácií v histónoch sú zodpovedné konkrétne enzýmy. Medzi tieto enzýmy patria histón acetyltransferázy (HAT), komplexy histón deacetyláz (HDAC) a histón metyltransferázy a demetylázy.
druhy
Charakterizácia histónov bola uskutočnená rôznymi biochemickými technikami, medzi ktorými vynikajú chromatografie založené na slabých katiónovýmenných živiciach.
Niektorí autori zavádzajú formu klasifikácie, v ktorej sa v eukaryotoch rozlišuje 5 hlavných typov histónov: FI s proteínmi 21 kDa; F2A1 alebo FIV, plus alebo mínus 11,3 kDa; F2A2 alebo FIIbl, 14,5 kDa; F2B alebo FIIb2 s molekulovou hmotnosťou 13,7 kDa a F3 alebo FIII s 15,3 kDa.
Všetky tieto typy histónov, s výnimkou skupiny IF, sa nachádzajú v ekvimolárnych množstvách v bunkách.
Ďalšia klasifikácia, s rovnakou platnosťou a pravdepodobne najpoužívanejšou v súčasnosti, navrhuje existenciu dvoch rôznych typov histónov, a to tých, ktoré sú súčasťou oktaméru nukleozómu a väzbových alebo mostíkových histónov, ktoré spájajú nukleozómy medzi Áno.
Niektoré varianty sa môžu vyskytovať aj medzi druhmi a na rozdiel od jadrových histónov sú varianty syntetizované počas interfázy a vkladajú sa do predformovaného chromatínu procesom závislým od energie uvoľňovanej hydrolýzou ATP.
Nukleozomálne históny
Stred nukleozómu pozostáva z páru každého zo štyroch základných histónov: H2a, H2b, H3 a H4; na ktorých sú navinuté segmenty DNA asi 145 párov báz.
Históny H4 a H2B sú v zásade nemenné. Niektoré variácie sú však zrejmé v histónoch H3 a H2A, ktorých biofyzikálne a biochemické vlastnosti menia normálnu povahu nukleozómu.
Variant histónu H2A u ľudí, proteín H2A.Z má veľkú kyslú oblasť a môže podporovať stabilitu nukleozómov v závislosti od variantov histónu H3, s ktorými je spojený.
Tieto históny vykazujú určitú variabilitu medzi druhmi, zvláštnym prípadom je histón H2B, pre ktorý je prvá tretina molekuly vysoko variabilná.
Väzobné históny
Históny väzby alebo premostenia sú históny triedy H1. Sú zodpovedné za spojenie medzi nukleozómami a ochranu DNA, ktorá vyčnieva na začiatku a na konci každej častice.
Na rozdiel od nukleozomálnych histónov nie všetky históny typu H1 majú globulárnu oblasť histónu „násobne“. Tieto proteíny sa viažu na DNA medzi nukleozómami, čo uľahčuje posun v rovnováhe chromatínu smerom ku kondenzovanejšiemu a menej aktívnemu stavu, a to transkripčne.
Štúdie spájajú tieto históny so starnutím, s opravou DNA a apoptickými procesmi, a preto sa predpokladá, že zohrávajú kľúčovú úlohu pri udržiavaní genomickej integrity.
Vlastnosti
Všetky aminokyselinové zvyšky histónov sa tak či onak podieľajú na ich interakcii s DNA, čo vysvetľuje skutočnosť, že sú tak konzervované medzi kráľovstvami eukaryotických organizmov.
Účasť histónov na balení DNA vo forme chromatínu je veľmi dôležitá pre zložité mnohobunkové organizmy, v ktorých sa rôzne bunkové línie môžu špecializovať iba zmenou prístupnosti svojich génov k transkripčnému stroju.
Transkripčne aktívne genómové oblasti sú v nukleozómoch husté, čo naznačuje, že spojenie DNA s histónovými proteínmi je rozhodujúce pre negatívnu alebo pozitívnu reguláciu ich transkripcie.
Podobne, počas celého života bunky, reakcia na veľké množstvo podnetov, vnútorných aj vonkajších, závisí od malých zmien chromatínu, ktoré bežne súvisia s prestavbou a posttranslačnou modifikáciou histónov nachádzajúcich sa v úzky vzťah s DNA.
Viaceré histónové premenné slúžia v eukaryotoch rôzne funkcie. Jeden z nich súvisí s účasťou variantu histónu H3 na tvorbe centromerických štruktúr zodpovedných za segregáciu chromozómov počas mitózy.
Ukázalo sa, že náprotivok tohto proteínu v iných eukaryotoch je nevyhnutný na zostavenie proteínového ketochore, na ktorý sa viažu mikrotubuly vretena počas mitózy a meiózy.
Referencie
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of Cell (6. vydanie). New York: Garland Science.
- Campos, EI a Reinberg, D. (2009). Históny: Anotácia chromatínu. Annu. Genet. , 43, 559 - 599.
- Harvey, AC, & Downs, JA (2004). Aké funkcie poskytujú históny linkera? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
- Henikoff, S. a Ahmad, K. (2005). Zostavenie variantných histónov na chromatín. Annu. Celí. Dev. Biol., 21, 133 až 153.
- Isenberg, I. (1979). Históny. Annu. Biochem. 48, 159 - 191.
- Kornberg, RD, a Thomas, JO (1974). Štruktúra chromatínu: oligoméry histónov. Science, 184 (4139), 865-868.
- Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Chémia a biológia histónov. Physiological Reviews, 50 (2), 159-170.