Характеристики, структура, типы и функции гистонов

гистоны являются основными белками, которые взаимодействуют с ДНК для образования нуклеосом, которые составляют цепи хроматина, составляющие хромосомы у эукариотических организмов.

Нуклеосомы, комплексы, образованные ДНК и белками, были открыты в 1974 году, и именно гистоны собирают этот базальный уровень организации хроматина. Однако существование гистоновых белков известно еще до 1960-х годов..

Гистоны организованы таким образом, что двойная полоса ДНК обернута вокруг белкового центра, состоящего из этих белков, которые тесно взаимодействуют друг с другом. Гистоновый центр имеет форму диска, и ДНК совершает около 1,7 оборота вокруг него..

Множественные водородные связи позволяют связывать ДНК с белковым центром, образованным гистонами в каждой нуклеосоме. Эти связи образуются, в основном, между аминокислотными скелетами гистонов и сахарофосфатным остовом ДНК. Некоторые гидрофобные взаимодействия и ионные связи также участвуют.

Белки, известные как «комплексы ремоделирования хроматина», ответственны за разрушение и образование связывающих связей между ДНК и гистонами, позволяя проникать транскрипционному механизму в ДНК, содержащуюся в нуклеосомах..

Несмотря на близость нуклеиновых кислот к белковому центру, образованному гистонами, они расположены таким образом, что при необходимости они позволяют вводить факторы транскрипции и другие белки, связанные с экспрессией или генетическим молчанием..

Гистоны могут подвергаться различным модификациям, которые генерируют множество вариантов, делая возможным существование множества различных форм хроматина, которые обладают способностью модулировать экспрессию генов различными способами..

индекс

• 1 Характеристики
• 2 Структура
  • 2.1 Союз гистонов
• 3 типа
  • 3.1 Нуклеосомные гистоны
  • 3.2 Объединение гистонов
• 4 функции
• 5 ссылок

черты

Они являются наиболее консервативными эукариотическими белками в природе. Например, было показано, что гистон гороха H4 отличается только двумя из 102 аминокислотных положений белка коровы H4..

Гистоны представляют собой относительно небольшие белки, содержащие не более 140 аминокислот. Они богаты основными аминокислотными остатками, поэтому они имеют положительный суммарный заряд, который способствует их взаимодействию с нуклеиновой кислотой, отрицательно заряженной, с образованием нуклеосом..

Известны нуклеосомные и соединительные или мостиковые гистоны. Нуклеосомными гистонами являются H3, H4, H2A и H2B, в то время как связывающие гистоны принадлежат к семейству гистонов H1..

Во время сборки нуклеосомы первоначально образуются специфические димеры H3-H4 и H2A-H2B. Два димера H3-H4 затем соединяются с образованием тетрамеров, которые впоследствии объединяются с димерами H2A-H2B, образуя октамерный центр.

Все гистоны синтезируются в основном во время S-фазы клеточного цикла, а нуклеосомы собираются в возникающие спирали ДНК сразу после репликационной вилки..

структура

Общая структура гистонов включает основную аминокислотную область и высококонсервативную глобулярную карбоксильную область среди эукариотических организмов..

Структурный мотив, известный как «гистоновая складка», состоящий из трех альфа-спиралей, соединенных двумя вилками и образующих небольшой гидрофобный центр, отвечает за белок-белковые взаимодействия между гистонами, составляющими нуклеосому..

Именно эта складка гистонов составляет глобулярный карбоксильный домен указанных нуклеосомных белков у всех эукариот.

Гистоны также имеют небольшие «хвосты» или аминоконцевые и другие карбоксилконцевые области (доступные для протеаз) длиной не более 40 аминокислот. Обе области богаты основными аминокислотами, которые могут подвергаться множественным посттрансляционным ковалентным модификациям.

Союз гистонов

У эукариот есть два семейства гистонов объединения, различающихся по строению. Некоторые имеют трехстороннюю структуру, причем описанный выше глобулярный домен окружен N- и C-концевыми «неструктурированными» доменами; в то время как другие имеют только C-терминал домена.

Хотя большинство гистонов являются консервативными, некоторые специфические варианты могут возникать во время эмбриогенеза или созревания специализированных клеток в некоторых организмах. Некоторые структурные изменения связаны с посттрансляционными модификациями, такими как:

-фосфорилированияСчитается, что это связано с изменением степени конденсации хроматина и обычно встречается в сериновых остатках..

-ацетилирование: связано с хромосомными областями, которые транскрипционно активны. Обычно это происходит в боковых цепях остатков лизина. При появлении на этих остатках положительный заряд уменьшается, уменьшая сродство белков с ДНК.

-метилирование: может быть представлен как моно-, ди- или триметилация остатков лизина, выступающих из ядра белка.

Специфические ферменты ответственны за внесение этих ковалентных модификаций в гистоны. Эти ферменты включают гистонацетилтрансферазы (HAT), гистондеацетилазные комплексы (HDAC) и гистонметилтрансферазы и деметилазы..

тип

Характеристика гистонов была проведена различными биохимическими методами, среди которых выделяются хроматографии, основанные на слабых катионообменных смолах..

Некоторые авторы устанавливают метод классификации, при котором у эукариот выделяются 5 основных типов гистонов: FI с белками 21 кДа; F2A1 или FIV, плюс или минус 11,3 кДа; F2A2 или FIIbI, 14,5 кДа; F2B или FIIb2 с молекулярной массой 13,7 кДа и F3 или FIII 15,3 кДа.

Все эти типы гистонов, за исключением группы FI, обнаруживаются в эквимолярных количествах в клетках..

Другая классификация, с той же валидностью и, возможно, наиболее используемой в настоящее время, предполагает существование двух различных типов гистонов, а именно: те, которые являются частью нуклеосомного октамера, и гистоны соединения или моста, которые соединяют нуклеосомы между да.

Некоторые варианты могут также встречаться между видами и в отличие от ядерных гистонов, варианты синтезируются во время границы раздела и вставляются в предварительно образованный хроматин посредством процесса, зависящего от энергии, выделяемой при гидролизе АТФ..

Нуклеосомные гистоны

Ядро нуклеосомы состоит из пары каждого из четырех конститутивных гистонов: H2a, H2b, H3 и H4; поверх которых обернуты сегменты ДНК около 145 пар оснований.

Гистоны H4 и H2B в принципе неизменны. Однако некоторые изменения очевидны в гистонах H3 и H2A, биофизические и биохимические свойства которых изменяют нормальную природу нуклеосомы..

Вариант гистона H2A у человека, белок H2A.Z, имеет большую кислотную область и может способствовать стабильности нуклеосомы в зависимости от вариантов гистона H3, с которыми он связан..

Эти гистоны показывают некоторую изменчивость между видами, являясь особым случаем гистона H2B, для которого первая треть молекулы сильно варьирует.

Союз гистонов

Гистоны соединения или моста являются гистонами класса H1. Они ответственны за объединение между нуклеосомами и защитой ДНК, которая выступает в начале и в конце каждой частицы..

В отличие от нуклеосомных гистонов, не все гистоны типа H1 обладают глобулярной областью «складки» гистонов. Эти белки связываются с ДНК между нуклеосомами, способствуя изменению баланса хроматина в сторону более конденсированного и менее активного состояния, транскрипционно говоря.

Исследования связывают эти гистоны со старением, репарацией ДНК и апоптотическими процессами, поэтому считается, что они играют решающую роль в поддержании целостности генома.

функции

Все аминокислотные остатки гистонов так или иначе участвуют в их взаимодействии с ДНК, что объясняет тот факт, что они так консервативны среди царств эукариотических организмов..

Участие гистонов в упаковке ДНК в форме хроматина имеет большое значение для сложных многоклеточных организмов, в которых различные клеточные линии могут специализироваться только путем изменения доступности их генов для транскрипционного механизма..

Транскрипционно активные геномные области плотны в нуклеосомах, что позволяет предположить, что ассоциация ДНК с гистоновыми белками имеет решающее значение для негативной или позитивной регуляции их транскрипции..

Аналогично, в течение всей жизни клетки ответ на большое количество стимулов, как внутренних, так и внешних, зависит от небольших изменений в хроматине, которые обычно связаны с посттрансляционным ремоделированием и модификацией гистонов, обнаруженных в тесная связь с ДНК.

Множественные гистоновые переменные выполняют разные функции у эукариот. Один из них связан с участием варианта гистона Н3 в формировании центромерных структур, ответственных за сегрегацию хромосом во время митоза..

Было показано, что аналог этого белка у других эукариот необходим для сборки белкового кинетохора, с которым связываются микротрубочки веретена во время митоза и мейоза..

ссылки

1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Морган Д., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П. (2015). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Нью-Йорк: Наука Гирлянды.
2. Кампос, Е. И. & Рейнберг, Д. (2009). Гистоны: аннотирующий хроматин. Annu. Преподобный Генет., 43, 559-599.
3. Harvey, A.C. & Downs, J.A. (2004). Какие функции обеспечивают линкерные гистоны? Молекулярная микробиология, 53, 771-775.
4. Хеникофф С. и Ахмад К. (2005). Сборка вариантов гистонов в хроматин. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
5. Изенберг И. (1979). Гистоны. Annu. Rev. Biochem., 48, 159-191.
6. Kornberg, R.D. & Thomas, J.O. (1974). Структура хроматина: олигомеры гистонов. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Смит Э., ДеЛанж Р. и Боннер Дж. (1970). Химия и биология гистонов. Физиологические обзоры, 50 (2), 159-170.