Histooni omadused, struktuur, tüübid ja funktsioonid



The histoonid on aluselised valgud, mis interakteeruvad DNA-ga nukleosoomide moodustamiseks, mis moodustavad kromatiini ahelad, mis moodustavad eukarüootsetes organismides kromosoome.

Nukleosoomid, DNA ja valkude moodustunud kompleksid avastati 1974. aastal ja histoonid koguvad selle kromatiini organisatsiooni baastaseme. Siiski on histooni valkude olemasolu teada juba enne 1960. aastat.

Histoonid on organiseeritud selliselt, et DNA kahekordne bänd on ümbritsetud valkude keskusest, mis koosneb nendest valkudest, mis on omavahel tihedalt seotud. Histooni keskel on ketta kuju ja DNA annab selle ümber umbes 1,7.

Mitmed vesiniksidemed võimaldavad DNA sidumist iga nukleosoomi histoonide moodustatud valgukeskusega. Need sidemed moodustuvad enamasti histoonide aminohapete skeletide ja DNA suhkru-fosfaadi selgroo vahel. Samuti osalevad mõned hüdrofoobsed interaktsioonid ja ioonsed sidemed.

Valgud tuntud kui "kromatiini struktuuri kompleksid" vastutavad purustamine ja sideme moodustumine vahel DNA siduv ja histoonide, mis võimaldab sisenemise transkriptsiooniaparaadile DNA sisalduva nukleosoomides.

Hoolimata nukleiinhapete lähedusest histoonide poolt moodustatud valgukeskusele, on need paigutatud nii, et vajaduse korral võimaldavad nad transkriptsioonifaktorite ja teiste ekspressiooni või geneetilise vaigistamisega seotud valkude sisenemist..

Histoonid võivad läbida mitmesuguseid modifikatsioone, mis genereerivad mitmeid variante, võimaldades paljude erinevate kromatiini vormide olemasolu, millel on omadus moduleerida geeniekspressiooni erinevalt.

Indeks

  • 1 Omadused
  • 2 Struktuur
    • 2.1 Liidu histoonid
  • 3 tüüpi
    • 3.1 Nukleosomaalsed histoonid
    • 3.2 Liidu histoonid
  • 4 Funktsioonid
  • 5 Viited

Omadused

Nad on looduses enim konserveerunud eukarüootsed valgud. Näiteks on näidatud, et hobuse histoon H4 erineb ainult kahes lehma valgu H4 102 aminohappe positsioonis..

Histoonid on suhteliselt väikesed valgud, milles ei ole rohkem kui 140 aminohapet. Nad on rikkalikud aluseliste aminohappejääkide poolest, seega on neil positiivne netolaeng, mis aitab kaasa nende interaktsioonile negatiivselt laetud nukleiinhappega, et moodustada nukleosoome.

Tuntud on nukleosomaalsed ja ühenduvad või sillatud histoonid. Nukleosomaalsed histoonid on H3, H4, H2A ja H2B, samas kui seonduvad histoonid kuuluvad H1 histooni perekonda.

Nukleosoomi kokkupaneku ajal moodustuvad algselt spetsiifilised dimeerid H3-H4 ja H2A-H2B. Seejärel ühendatakse kaks H3-H4 dimeeri, et moodustada tetrameerid, mis seejärel kombineeritakse H2A-H2B dimeeridega, moodustades oktameerset keskpunkti.

Kõik histoonid sünteesitakse peamiselt viivituse S-faasis rakutsükli ja nukleosoomides pannakse kokku vastse DNA propellerid, kohe pärast replitsioonikahvel.

Struktuur

Histoonide üldine struktuur hõlmab aluselist aminohappe piirkonda ja eukarüootsete organismide vahel väga konserveerunud globulaarset karboksüülpiirkonda.

Struktuurmotiiv, mida tuntakse "histooni voltina", mis koosneb kolmest hargist, mis on ühendatud kahe kahvli abil ja moodustavad väikese hüdrofoobse keskuse, vastutab nukleosiidide moodustavate histoonide vaheliste valkude ja valkude vaheliste interaktsioonide eest..

Just see histoonide kord moodustab nimetatud nukleosomaalsete valkude globaalse karboksüüldomeeni kõigis eukarüootides.

Histoonidel on ka väikesed "sabad" või amino-terminaalsed ja teised karboksü-terminaalsed piirkonnad (ligipääsetavad proteaasidele), mille pikkus ei ületa 40 aminohapet. Mõlemad piirkonnad on rikkad aluseliste aminohapete poolest, mis võivad läbida mitmeid translatsioonijärgseid kovalentseid modifikatsioone.

Liidu histoonid

Eukarüootides on kaks liidu histoonide perekonda, mida eristatakse nende struktuuri järgi. Mõnedel on kolmepoolne struktuur, kusjuures ülalkirjeldatud globulaarne domeen on külgnenud N-ja C-terminali "struktureerimata" domeenidega; samas kui teistel on ainult C-terminali domeen.

Kuigi enamik histoneid on säilinud, võivad embrüogeneesi või teatud organismide küpsemise ajal tekkida mõned spetsiifilised variandid. Mõned struktuurilised erinevused on seotud translatsioonijärgsete muudatustega, nagu näiteks:

-Fosforüülimine: arvatakse, et see on seotud kromatiini kondenseerumise astme muutmisega ja on tavaliselt seriinijääkides.

-Atsetüülimine: seotud kromosomaalsete piirkondadega, mis on transkriptsiooniliselt aktiivsed. See toimub tavaliselt lüsiinijääkide külgahelates. Nende jääkide korral väheneb positiivne laeng, mis vähendab valkude afiinsust DNA-ga.

-Metüülimine: võib anda valgu tuumast väljaulatuvate lüsiinijääkide mono-, di- või tri-metüülravi \ t.

Spetsiifiliste ensüümide on kohustatud viima läbi nende kovalentne muudatusi histoonide. Nende seas ensüümide histooni atsetüültransferaasideks (HAT), histoondeatsetülaaside kompleksid (HDAC-d) ja histooni metüültransferaasid ja demetülaasid hulka.

Tüübid

Histoonide iseloomustamine on läbi viidud mitmesuguste biokeemiliste tehnikate abil, mille hulgas on silmatorkavad kromatograafiad, mis põhinevad nõrkadel katioonvahetusvaikudel..

Mõned autorid kehtestavad klassifitseerimismeetodi, milles eukarüootides eristatakse 5 peamist histoonitüüpi: FI, 21 kDa valguga; F2A1 või FIV, pluss või miinus 11,3 kDa; F2A2 või FIIbI, 14,5 kDa; F2B või FIIb2, molekulmassiga 13,7 kDa ja F3 või FIII, 15,3 kDa.

Kõik need histoonitüübid, välja arvatud FI rühm, on rakkudes ekvimolaarsetes kogustes.

Teine klassifikatsioon, millel on sama kehtivus ja võib-olla kõige enam kasutatud, teeb ettepaneku kahe erineva histooni tüübi olemasolu kohta, nimelt need, mis on osa nukleosoomi oktameerist ja ristmikust või silla histoonidest, mis ühendavad nukleosoome jah.

Mõned variandid võivad esineda ka liikide vahel ja erinevalt tuumade histoonidest, sünteesitakse variandid liidese ajal ja sisestatakse eelnevalt valmistatud kromatiiniga protsessi kaudu, mis sõltub ATP hüdrolüüsist vabanevast energiast..

Nukleosomaalsed histoonid

Nukleosoomi tuum koosneb neljast konstitutiivsest histoonist: H2a, H2b, H3 ja H4; mille ümber on pakitud umbes 145 aluspaari DNA segmendid.

Histoonid H4 ja H2B on põhimõtteliselt muutumatud. Mõned variatsioonid on siiski ilmne histoonides H3 ja H2A, mille biofüüsikalised ja biokeemilised omadused muudavad nukleosoomi normaalset olemust..

Variant histooni H2A inimestel valk on H2A.Z happeliste piirkonnas ning mis võivad soodustada stabiilsust nukleosoomi sõltuvalt variante histooni H3 seostatakse mille.

Need histoonid näitavad liikide vahel mõningast varieeruvust, mis on histooni H2B erijuhtum, mille molekuli esimene kolmandik on väga varieeruv.

Liidu histoonid

Rist- või silla histoonid on H1-klassi histoonid. Need vastutavad nukleosoomide ja DNA kaitse eest, mis ulatub iga osakese algusse ja lõpuni.

Erinevalt nukleosomaalsetest histoonidest ei ole kõigil H1 tüüpi histoonidel histoonide "klapi" globulaarset piirkonda. Need valgud seonduvad nukleosoomide vahelise DNA-ga, hõlbustades kromatiini tasakaalu muutumist kondenseerunud ja vähem aktiivse oleku suunas, transkriptsiooniliselt kõneldes.

Uuringud on seostanud need histoonid vananemise, DNA parandamise ja apoptootiliste protsessidega, mistõttu arvatakse, et neil on genoomse terviklikkuse säilitamisel oluline roll.

Funktsioonid

Kõik aminohappejääki histoonid kaasamiseks, ühel või teisel viisil, nende vastasmõju DNAga, mis selgitab asjaolu, et nad on nii konserveerunud eukarüootide kuningriikide.

Histoonide osalemine kromatiini kujul oleva DNA pakendis on väga oluline keeruliste rakuliste organismide jaoks, kus erinevad rakuliinid võivad spetsialiseeruda ainult muutes nende geenide ligipääsetavust transkriptsioonimasinale..

Nukleosoomides on transkriptsiooniliselt aktiivsed genoomsed piirkonnad, mis viitavad sellele, et DNA sidumine histoonvalkudega on nende transkriptsiooni negatiivse või positiivse regulatsiooni jaoks otsustava tähtsusega..

Samuti sõltub kogu raku eluea jooksul suurele hulgale sisemistele ja välistele stiimulitele reageerimine kromatiini väikestest muutustest, mis tavaliselt on seotud posttranslatsioonilise remodelleerimisega ja histoonide modifitseerimisega tihedad suhted DNA-ga.

Mitmed histooni muutujad avaldavad eukarüootides erinevaid funktsioone. Üks neist on seotud histooni H3 variandi osalemisega tsütomeersete struktuuride moodustamisel, mis vastutavad kromosoomide eraldumise eest mitoosi ajal.

On näidatud, et vastaspool selle valgu teiste eukarüootide on oluline kinetokoorile valgu kogum, mis spindli mikrotuubulid seostuda mitoosi ajal ja meioos.

Viited

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., ja Walter, P. (2015). Molekulaarbioloogia Cell (6. toim.). New York: Garland Science.
  2. Campos, E. I., & Reinberg, D. (2009). Histoonid: kromatiini märkimine. Annu. Genet., 43, 559-599.
  3. Harvey, A. C., & Downs, J. A. (2004). Milliseid funktsioone linker-histoonid pakuvad? Molecular Microbiology, 53, 771-775.
  4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Histoonide variandi monteerimine kromatiiniks. Annu. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
  5. Isenberg, I. (1979). Histoonid. Annu. Biochem., 48, 159-191.
  6. Kornberg, R. D., ja Thomas, J. O. (1974). Kromatiini struktuur: histoonide oligomeerid. Science, 184 (4139), 865-868.
  7. Smith, E., DeLange, R. & Bonner, J. (1970). Histoonide keemia ja bioloogia. Füsioloogilised ülevaated, 50 (2), 159-170.