Histonas egenskaber, struktur, typer og funktioner

den histoner er basale proteiner, der interagerer med DNA til dannelse af nukleosomer, som udgør kromatinstrengene, der udgør kromosomerne i eukaryote organismer.

Nukleosomer, komplekser dannet af DNA og proteiner, blev opdaget i 1974, og det er histonerne, der samler dette basale niveau af kromatinorganisation. Eksistensen af ​​histonproteiner er imidlertid kendt siden før 1960'erne.

Histonerne er organiseret på en sådan måde, at DNA dobbeltbåndet er viklet omkring et proteincenter sammensat af disse proteiner, som interagerer tæt sammen med hinanden. Histoncentret har en skiveform, og DNA'et giver ca. 1,7 omdrejninger rundt om det.

Flere hydrogenbindinger tillader bindingen af ​​DNA til proteincentret dannet af histonerne i hver nukleosom. Disse bindinger dannes for det meste mellem aminosyre skeletterne af histoner og DNA-sukkerphosphat-rygrad. Nogle hydrofobe interaktioner og ionbindinger deltager også.

Proteiner kendt som "chromatin-remodelingskomplekser" er ansvarlige for nedbrydning og dannelse af bindingsbindingerne mellem DNA og histoner, hvilket tillader indtrængning af transkriptionsmaskineri i DNA'et indeholdt i nukleosomerne.

Trods graden af ​​nukleinsyrerne mod proteinet kerne bestående af histoner, er disse indrettet således, at om nødvendigt kan træde af transskriptionsfaktorer og andre relaterede til ekspression eller gendæmpning proteiner.

Histoner kan gennemgå forskellige modifikationer, der genererer flere varianter, hvilket muliggør forekomsten af ​​mange forskellige former for chromatin, der har form af modulerende genekspression på forskellige måder.

indeks

• 1 kendetegn
• 2 struktur
  • 2.1 Unionshistoner
• 3 typer
  • 3.1 Nukleosomale histoner
  • 3.2 Unionshistoner
• 4 funktioner
• 5 referencer

funktioner

De er de mest konserverede eukaryote proteiner i naturen. Det har f.eks. Vist sig, at ærtehiston H4 adskiller sig i kun to af de 102 aminosyrepositioner af ko Protein H4.

Histoner er relativt små proteiner, med højst 140 aminosyrer. De er rige på basale aminosyrerester, så de har en positiv nettoladning, som bidrager til deres interaktion med nukleinsyren, negativt ladet til dannelse af nukleosomer.

Nukleosomale og krydsede eller brodannede histoner er kendt. De nukleosomale histoner er H3, H4, H2A og H2B, medens bindingshistonerne tilhører H1 histon-familien.

Under sammensætningen af ​​nukleosomet dannes de specifikke dimere H3-H4 og H2A-H2B oprindeligt. To H3-H4-dimerer forbindes derefter til dannelse af tetramerer, der efterfølgende kombineres med H2A-H2B-dimerne, der danner det octameriske center.

Alle histoner syntetiseres hovedsageligt under S-fasen af ​​cellecyklussen, og nukleosomerne samles i de naserende DNA-helikser lige efter replikationsgaflen..

struktur

Den generelle struktur af histoner indbefatter en basisk aminosyreregion og en stærkt konserveret globulær carboxylregion blandt eukaryote organismer.

En strukturelt motiv kendt som "histon fold", består af tre alfa-helixer og to åg forbundet ved at danne en lille hydrofob center, er ansvarlig for protein-protein interaktioner mellem histoner danner nukleosom.

Det er denne fold af histoner, der udgør det globulære carboxyldomæne af de nukleosomale proteiner i alle eukaryoter.

Histoner har også små "haler" eller aminoterminale og andre carboxyl-terminale regioner (tilgængelige for proteaser) med højst 40 aminosyrer. Begge regioner er rige på basale aminosyrer, der kan undergå flere posttranslationelle kovalente modifikationer.

Union histoner

I eukaryoter er der to familier af histoner af union, differentieret af deres struktur. Nogle har en trepartsstruktur med det globulære domæne beskrevet ovenfor flankeret af N-og C-terminale "ustrukturerede" domæner; mens andre kun har et C-terminal domæne.

Selvom de fleste histoner bevares, kan der opstå nogle specifikke varianter under embryogenese eller modning af specialiserede celler i nogle organismer. Nogle strukturelle variationer har at gøre med post-translationelle ændringer som fx følgende:

-fosforylering: Det antages at være relateret til modificeringen af ​​graden af ​​kondensation af chromatin og findes almindeligvis i serinrester.

-acetylering: forbundet med kromosomale regioner, som er transkriptionelle aktive. Det forekommer normalt i sidekæderne af lysinrester. Når det sker på disse rester, falder den positive ladning, hvilket reducerer affiniteten af ​​proteinerne med DNA.

-methylering: kan gives som mono-, di- eller tri-metilación af lysinrester, der stikker ud fra proteinkernen.

Specifikke enzymer er ansvarlige for at lave disse kovalente modifikationer i histoner. Disse enzymer indbefatter histonacetyltransferaser (HAT'er), histon-deacetylase-komplekser (HDAC'er) og histon-methyltransferaser og demethylaser..

typen

Karakterisering af histonerne er blevet udført ved forskellige biokemiske teknikker, blandt hvilke kromatograferne, som er baseret på svage kationbytterharpikser, skiller sig ud.

Nogle forfattere etablerer en klassificeringsmetode, hvor 5 hovedtyper af histoner skelnes i eukaryoter: FI, med 21 kDa proteiner; F2A1 eller FIV, med plus eller minus 11,3 kDa; F2A2 eller FIIbI, 14,5 kDa; F2B eller FIIb2, med en molekylvægt på 13,7 kDa og F3 eller FIII, på 15,3 kDa.

Alle disse typer af histoner, med undtagelse af FI-gruppen, findes i ækvimolære mængder i cellerne.

En anden klassificering, med den samme kraft og måske den mest anvendte i dag, foreslår, at der findes to forskellige typer af histoner, nemlig dem, der er en del af octameren af ​​nukleosom og histon binding eller bro, der forbinder de nukleosomerne mellem ja.

Nogle varianter kan også forekomme mellem arter og i modsætning kernehistonerne, er varianter syntetiseres under interfase og indsættes i chromatin præformede gennem en proces, der afhænger af den energi, der frigives fra ATP-hydrolyse.

Nukleosomale histoner

Kernen i en nukleosom består af et par af hver af de fire konstitutive histoner: H2a, H2b, H3 og H4; over hvilke DNA-segmenter på ca. 145 basepar er indpakket.

Histonerne H4 og H2B er i princippet uforanderlige. Nogle variationer er dog tydelige i histoner H3 og H2A, hvis biofysiske og biokemiske egenskaber ændrer nukleosoms normale natur.

En variant af histon H2A hos mennesker har H2A.Z-proteinet en stor sur region og kan favorisere nukleosoms stabilitet afhængigt af histone H3-varianterne, med hvilke den er associeret.

Disse histoner viser en vis variabilitet mellem arter, idet de er en speciel sag af histon H2B, for hvilken den første tredjedel af molekylet er meget variabel.

Union histoner

Kryds eller brohistoner er histon i klasse H1. Disse er ansvarlige for foreningen mellem nukleosomer og DNA-beskyttelsen, der stikker ud i begyndelsen og slutningen af ​​hver partikel.

I modsætning til nukleosomale histoner besidder ikke alle histoner af type H1 den globulære region af "fold" af histoner. Disse proteiner binder til DNA mellem nukleosomer, hvilket letter en ændring i balancen af ​​chromatin mod en mere kondenseret og mindre aktiv tilstand, transkriptionelt set.

Undersøgelser har forbundet disse histoner med aldring, DNA reparation og apoptotiske processer, så det menes at de har en afgørende rolle i vedligeholdelsen af ​​genomisk integritet.

funktioner

Alle aminosyrerester af histoner deltager på en eller anden måde i deres interaktion med DNA, hvilket forklarer, at de er så bevarede blandt eukaryotiske organismeres riger.

Deltagelse af histoner i DNA emballage i form af kromatin er yderst relevant for komplekse flercellede organismer, hvor forskellige cellelinier kan specialisere bare ændre tilgængeligheden af ​​deres gener til det transkriptionelle maskineri.

Transskriptionelt aktive genomiske regioner er tætte i nukleosomer, hvilket tyder på, at associationen af ​​DNA med histonproteiner er afgørende for den negative eller positive regulering af deres transkription.

Ligeledes gennem hele livet af en celles respons på mange stimuli, både interne og eksterne, det afhænger af små ændringer i kromatin, som normalt har at gøre med ombygninger og posttranslationel modifikation af histoner findes i tæt forhold til DNA.

Flere histonvariabler udøver forskellige funktioner i eukaryoter. En af dem har at gøre med deltagelsen af ​​en variant af histon H3 i dannelsen af ​​centromere strukturer, der er ansvarlige for segregeringen af ​​kromosomer under mitose.

Det har vist sig, at modstykket af dette protein i andre eukaryoter er essentielt for samlingen af ​​proteinkinetochoren, hvortil spindelmikrotubuli binder under mitose og majose..

referencer

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molekylærbiologi af cellen (6. udgave). New York: Garland Science.
2. Campos, E. I., & Reinberg, D. (2009). Histoner: Annotering af chromatin. Annu. Rev. Genet., 43, 559-599.
3. Harvey, A.C., & Downs, J.A. (2004). Hvilke funktioner giver linker histoner? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Montering af varianthistoner i chromatin. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Histoner. Annu. Rev. Biochem., 48, 159-191.
6. Kornberg, R. D., og Thomas, J. O. (1974). Kromatinstruktur: Oligomerer af histonerne. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Histonernes kemi og biologi. Physiological Reviews, 50 (2), 159-170.