Histonas kenmerken, structuur, typen en functies

de histonen zijn basische eiwitten die een interactie aangaan met DNA voor de vorming van nucleosomen, die de chromatinestrengen vormen die de chromosomen vormen in eukaryote organismen.

Nucleosomen, complexen gevormd door DNA en eiwitten, werden ontdekt in 1974 en het zijn de histonen die dit basale niveau van chromatine-organisatie samenbrengen. Het bestaan ​​van histoneiwitten is echter al bekend sinds de jaren zestig.

De histonen zijn zodanig georganiseerd dat de DNA-dubbele band rond een eiwitcentrum wordt gewikkeld dat is samengesteld uit deze eiwitten die nauw met elkaar in wisselwerking staan. Het histoncentrum heeft een schijfvorm en het DNA geeft er ongeveer 1,7 omwentelingen omheen.

Meerdere waterstofbruggen maken de binding van DNA aan het eiwitcentrum mogelijk, gevormd door de histonen in elk nucleosoom. Deze bindingen worden meestal gevormd tussen de aminozuurskeletjes van histonen en de suikerfosfaatruggengraat van DNA. Sommige hydrofobe interacties en ionische bindingen nemen ook deel.

Eiwitten die bekend staan ​​als "chromatine complexen" zijn verantwoordelijk voor de afbraak en vorming van een binding tussen DNA binding en histonen, waardoor de invoer van de transcriptiemachinerie DNA in nucleosomen.

Ondanks de nabijheid van de nucleïnezuren aan de eiwitkern uit histonen, zijn deze zodanig opgesteld dat, indien nodig, kan de invoer van transcriptiefactoren en andere expressie of gene silencing proteïnen.

Histonen kunnen verschillende modificaties ondergaan die meerdere varianten genereren, waardoor het bestaan ​​van veel verschillende vormen van chromatine mogelijk wordt die de eigenschap hebben genexpressie op verschillende manieren te moduleren..

index

• 1 Kenmerken
• 2 Structuur
  • 2.1 Uniehistones
• 3 soorten
  • 3.1 Nucleosomale histonen
  • 3.2 Uniehistones
• 4 functies
• 5 Referenties

features

Het zijn de meest geconserveerde eukaryotische eiwitten in de natuur. Er is bijvoorbeeld aangetoond dat erwtenhiston H4 op slechts twee van de 102 aminozuurposities van koereiwit H4 verschilt.

Histonen zijn relatief kleine eiwitten, met niet meer dan 140 aminozuren. Ze zijn rijk aan basische aminozuurresten, dus ze hebben een positieve netto lading, die bijdraagt ​​aan hun interactie met het nucleïnezuur, negatief geladen, om nucleosomen te vormen.

Nucleosomale en junctionele of gebrugde histonen zijn bekend. De nucleosomale histonen zijn H3, H4, H2A en H2B, terwijl de bindingshistonen tot de H1-histonfamilie behoren.

Tijdens de assemblage van het nucleosoom worden aanvankelijk de specifieke dimeren H3-H4 en H2A-H2B gevormd. Twee H3-H4-dimeren worden vervolgens samengevoegd om tetrameren te vormen die vervolgens worden gecombineerd met de H2A-H2B-dimeren, waarbij het octamere centrum wordt gevormd.

Alle histonen worden hoofdzakelijk gesynthetiseerd tijdens de S-fase van de celcyclus en de nucleosomen worden geassembleerd in de DNA-helices van de ontluikende fase, net na de replicatievork..

structuur

De algemene structuur van histonen omvat een basisch aminozuurgebied en een sterk geconserveerd globulair carboxylgebied onder eukaryote organismen.

Een structureel motief bekend als "histon fold", bestaat uit drie alfa-helices en twee jukken verbonden door vorming van een kleine hydrofobe centrum is verantwoordelijk voor eiwit-eiwit interacties tussen histon die de nucleosoom.

Het is deze vouw van histonen die het globulaire carboxyl-domein van de nucleosomale eiwitten in alle eukaryoten vormt.

Histonen hebben ook kleine "staartjes" of amino-eindstandige en andere carboxyl-terminale gebieden (toegankelijk voor proteasen) van niet meer dan 40 aminozuren lang. Beide regio's zijn rijk aan basische aminozuren die meerdere post-translationele covalente modificaties kunnen ondergaan.

Unie histonen

In eukaryoten zijn er twee families van histonen van eenheid, onderscheiden door hun structuur. Sommige hebben een tripartiete structuur, waarbij het hierboven beschreven globulaire domein wordt geflankeerd door N- en C-terminale "ongestructureerde" domeinen; terwijl anderen alleen een C-terminal domein hebben.

Hoewel de meeste histonen geconserveerd zijn, kunnen sommige specifieke varianten optreden tijdens de embryogenese of de rijping van gespecialiseerde cellen in sommige organismen. Sommige structurele variaties hebben te maken met post-translationele wijzigingen zoals de volgende:

-fosforylering: er wordt gedacht dat het gerelateerd is aan de modificatie van de mate van condensatie van chromatine en wordt vaak aangetroffen in serineresiduen.

-acetyleren: geassocieerd met chromosomale regio's die transcriptioneel actief zijn. Het komt normaliter voor in de zijketens van lysineresiduen. Wanneer deze op deze resten voorkomen neemt de positieve lading af, waardoor de affiniteit van de eiwitten met DNA afneemt.

-methylatie: kan worden gegeven als mono-, di- of trilmetilación van lysineresiduen die uit de eiwitkern steken.

Specifieke enzymen zijn verantwoordelijk voor het maken van deze covalente modificaties in histonen. Onder deze enzymen histon acetyl transferasen (HAT), complexen histondeacetylasen (HDACs) en histon methyltransferase en omvatten demethylase.

type

De karakterisering van de histonen is uitgevoerd met diverse biochemische technieken, waaronder de chromatografie die is gebaseerd op zwakke kationenuitwisselingsharsen opvalt.

Sommige auteurs stellen een classificatiemethode vast waarbij 5 hoofdtypen histonen worden onderscheiden in eukaryoten: FI, met 21 kDa-eiwitten; F2A1 of FIV, van plus of minus 11,3 kDa; F2A2 of FIIbI, 14,5 kDa; F2B of FIIb2, met een molecuulgewicht van 13,7 kDa en F3 of FIII van 15,3 kDa.

Al deze typen histonen, met uitzondering van de FI-groep, worden gevonden in equimolaire hoeveelheden in de cellen.

Een andere indeling, met dezelfde kracht en misschien wel de meest gebruikte vandaag, stelt het bestaan ​​van twee verschillende types van histonen, namelijk degenen die deel uitmaken van het octameer van nucleosomen en histon binden of brug, die de nucleosomen tussen ja.

Sommige varianten kunnen ook optreden tussen soorten en in tegenstelling tot de kernhistonen, worden varianten gesynthetiseerd tijdens interfase en in het chromatine voorgevormde door een proces afhankelijk is van de energie die vrijkomt uit ATP hydrolyse ingevoegd.

Nucleosomale histonen

De kern van een nucleosoom bestaat uit een paar van elk van de vier constitutieve histonen: H2a, H2b, H3 en H4; waarover DNA-segmenten van ongeveer 145 basenparen zijn gewikkeld.

De histonen H4 en H2B zijn in principe onveranderlijk. Sommige variaties zijn echter evident in histonen H3 en H2A, waarvan de biofysische en biochemische eigenschappen de normale aard van het nucleosoom veranderen.

Een variant van het histon H2A bij mensen, het eiwit een H2A.Z zure gebied en kan de stabiliteit van de nucleosoom afhankelijk varianten van histon H3 bevorderen geassocieerd waarmede.

Deze histonen vertonen enige variabiliteit tussen soorten, wat een speciaal geval is dat van histon H2B, waarvoor het eerste derde deel van het molecuul zeer variabel is.

Unie histonen

De knooppunt- of brughistonen zijn histonen van klasse H1. Deze zijn verantwoordelijk voor de unie tussen nucleosomen en de DNA-bescherming die aan het begin en einde van elk deeltje uitsteekt.

Anders dan nucleosomale histonen bezitten niet alle histonen van het type H1 het globulaire gebied van de "vouw" van histonen. Deze eiwitten binden zich aan DNA tussen nucleosomen, waardoor een verandering in de balans van chromatine naar een meer gecondenseerde en minder actieve toestand wordt bevorderd, transcriptioneel gesproken.

Studies hebben deze histonen gekoppeld aan veroudering, DNA-reparatie en apoptotische processen, dus men denkt dat ze een cruciale rol spelen in het behoud van genomische integriteit.

functies

Alle aminozuurresten van histonen zijn betrokken, in een of andere manier bij hun interactie met DNA, dat het feit dat ze zo geconserveerd onder eukaryoten rijken verklaart.

Deelname van histonen van DNA verpakking in de vorm van chromatine is zeer relevant voor complexe meercellige organismen waarin verschillende cellijnen kunnen specialiseren alleen het veranderen van de toegankelijkheid van hun genen aan de transcriptiemachinerie.

Transcriptioneel actieve genomische regio's zijn dicht in nucleosomen, wat suggereert dat de associatie van DNA met histoneiwitten cruciaal is voor de negatieve of positieve regulatie van hun transcriptie.

Ook gedurende de gehele levensduur van de reactie van een cel te veel prikkels, zowel intern als extern, het hangt af van kleine veranderingen in chromatine, die meestal te maken hebben met renovatie en posttranslationele modificatie van histonen gevonden in nauwe relatie met DNA.

Meerdere histonvariabelen oefenen verschillende functies uit in eukaryoten. Een daarvan heeft te maken met de deelname van een variant van histon H3 bij de vorming van centromere structuren die verantwoordelijk zijn voor de scheiding van chromosomen tijdens mitose.

Aangetoond is dat de tegenhanger van dit eiwit in andere eukaryoten is essentieel voor de kinetochoor eiwit samenstel dat spindle microtubuli bindt tijdens mitose en meiose.

referenties

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (zesde druk). New York: Garland Science.
2. Campos, E.I., & Reinberg, D. (2009). Histones: Annatating Chromatin. Annu. Rev. Genet., 43, 559-599.
3. Harvey, A.C., en Downs, J.A. (2004). Welke functies bieden linker histonen? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Assemblage van verschillende histonen in chromatine. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Histonen. Annu. Rev. Biochem., 48, 159-191.
6. Kornberg, R. D., & Thomas, J. O. (1974). Chromatinestructuur: oligomeren van de histonen. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., en Bonner, J. (1970). Chemie en biologie van de histonen. Physiological Reviews, 50 (2), 159-170.