Χαρακτηριστικά, δομή, τύποι και λειτουργίες του ιστογράμματος

Το ιστόνες είναι βασικές πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν με το DNA για το σχηματισμό νουκλεοσωμάτων, που αποτελούν τους κλώνους χρωματίνης που συνιστούν τα χρωμοσώματα σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς.

Νουκλεοσώματα, σύμπλοκα που σχηματίζονται από DNA και πρωτεϊνών, ανακαλύφθηκαν το 1974 και είναι ιστονών οι οποίοι συναρμολογούν αυτό το βασικό επίπεδο της χρωματίνης οργάνωσης. Ωστόσο, η ύπαρξη πρωτεϊνών ιστόνης είναι γνωστή από πριν από τη δεκαετία του 1960.

Οι ιστόνες οργανώνονται με τέτοιο τρόπο ώστε η διπλή ζώνη DNA να τυλίγεται γύρω από ένα κέντρο πρωτεϊνών που αποτελείται από αυτές τις πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν στενά μεταξύ τους. Το κέντρο της ιστόνης έχει σχήμα δίσκου και το DNA δίνει περίπου 1,7 στροφές γύρω από αυτό.

Πολλαπλοί δεσμοί υδρογόνου επιτρέπουν τη σύνδεση DNA με το κέντρο πρωτεϊνών που σχηματίζεται από τις ιστόνες σε κάθε νουκλεοσώματος. Αυτοί οι δεσμοί σχηματίζονται κυρίως μεταξύ των σκελετών αμινοξέων των ιστονών και της ραχοκοκαλιάς σακχάρου-φωσφορικού του DNA. Μερικές υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις και ιοντικοί δεσμοί συμμετέχουν επίσης.

Οι πρωτεΐνες που είναι γνωστές ως "σύμπλοκα αναδιαμόρφωσης χρωματίνης" είναι υπεύθυνες για τη διάσπαση και τον σχηματισμό δεσμών δέσμευσης μεταξύ DNA και ιστονών, επιτρέποντας την είσοδο του μεταγραφικού μηχανισμού στο DNA που περιέχεται στα νουκλεοσώματα.

Παρά την εγγύτητα των νουκλεϊκών οξέων στον πυρήνα πρωτεΐνη που αποτελείται από ιστονών, αυτά διατάσσονται έτσι ώστε, εάν είναι απαραίτητο, να επιτρέψει την είσοδο των παραγόντων μεταγραφής και άλλων σχετικών με την έκφραση ή γονιδιακής σίγησης πρωτεΐνες.

Οι Histones μπορούν να υποστούν διάφορες τροποποιήσεις που δημιουργούν πολλαπλές παραλλαγές, καθιστώντας δυνατή την ύπαρξη πολλών διαφορετικών μορφών χρωματίνης που έχουν την ιδιότητα να ρυθμίζουν την έκφραση γονιδίων με διαφορετικούς τρόπους.

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά
• 2 Δομή
  • 2.1 Ιστοτόνες της Ένωσης
• 3 τύποι
  • 3.1 Νουκλεοσωμικές ιστόνες
  • 3.2 Ιστοτόνες της Ένωσης
• 4 Λειτουργίες
• 5 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Είναι οι πιο συντηρημένες ευκαρυωτικές πρωτεΐνες στη φύση. Έχει αποδειχθεί, για παράδειγμα, ότι η ιστόνη Η4 διαφέρει μόνο σε δύο από τις 102 θέσεις αμινοξέων της πρωτεΐνης αγελάδας Η4.

Οι ιστοόνες είναι σχετικά μικρές πρωτεΐνες, με όχι περισσότερα από 140 αμινοξέα. Είναι πλούσια σε βασικά υπολείμματα αμινοξέων, έτσι ώστε να έχουν ένα θετικό καθαρό φορτίο, το οποίο συμβάλλει στην αλληλεπίδρασή τους με το νουκλεϊκό οξύ, αρνητικά φορτισμένο, για να σχηματίσει νουκλεοσώματα.

Νουκλεοσωμικές και διασταυρούμενες ή γεφυρωμένες ιστόνες είναι γνωστές. Οι νουκλεοσωμικές ιστόνες είναι Η3, Η4, Η2Α και Η2Β, ενώ οι ιστόνες πρόσδεσης ανήκουν στην οικογένεια ιστονών Η1.

Κατά τη διάρκεια της συνένωσης του νουκλεοσώματος, σχηματίζονται αρχικά τα ειδικά διμερή Η3-Η4 και Η2Α-Η2Β. Δύο Η3-Η4 διμερή στη συνέχεια ενώνονται για να σχηματίσουν τετραμερή κατόπιν συνδυάζεται με διμερή Η2Α-Η2Β σχηματισμού της οκταμερική κέντρο.

Όλες οι ιστόνες συντίθενται κυρίως κατά τη διάρκεια της φάσης S του κυτταρικού κύκλου και τα νουκλεοσώματα συναρμολογούνται στις έλικες του λανθάνοντος ϋΝΑ, αμέσως μετά από τη διχάλα αναπαραγωγής..

Δομή

Η γενική δομή των ιστονών περιλαμβάνει μια βασική περιοχή αμινοξέων και μια εξαιρετικά διατηρημένη σφαιρική καρβοξυλική περιοχή μεταξύ των ευκαρυωτικών οργανισμών.

Ένα δομικό μοτίβο γνωστό ως «fold ιστόνης», αποτελείται από τρεις έλικες άλφα και δύο αναβολείς που συνδέονται με τον σχηματισμό ενός μικρό υδρόφοβο κέντρο, είναι υπεύθυνη για αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-πρωτεΐνης μεταξύ ιστόνες που σχηματίζει το νουκλεοσώματος.

Είναι αυτή η πτυχή των ιστονών που συνθέτει το σφαιρικό καρβοξυλικό πεδίο των εν λόγω νουκλεοσωμικών πρωτεϊνών σε όλους τους ευκαρυώτες.

Οι ιστόνες έχουν επίσης μικρό «ουρές» ή αμινο τερματικές περιοχές και άλλες καρβοξυλ-τερματικό (διατίθεται πρωτεάση), όχι περισσότερο από 40 αμινοξέα σε μήκος. Και οι δύο περιοχές είναι πλούσιες σε βασικά αμινοξέα που μπορούν να υποστούν πολλαπλές μετα-μεταφραστικές ομοιοπολικές τροποποιήσεις.

Ιστοτόνες της Ένωσης

Στους ευκαρυώτες υπάρχουν δύο οικογένειες ιστοτονικών ενώσεων, διαφοροποιημένες από τη δομή τους. Μερικοί έχουν μια τριμερή δομή, με τον σφαιρικό τομέα που περιγράφηκε παραπάνω πλαισιωμένος από Ν- και Ο-τερματικές "μη δομημένες" περιοχές. ενώ άλλοι έχουν μόνο C-τελική περιοχή.

Παρά το γεγονός ότι οι περισσότερες από τις ιστόνες διατηρούνται κατά τη διάρκεια της εμβρυογένεσης και της ωρίμανσης των εξειδικευμένων κυττάρων σε ορισμένους οργανισμούς μπορεί να προκύψουν κάποιες συγκεκριμένες παραλλαγές. Ορισμένες δομικές παραλλαγές έχουν να κάνουν με μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις όπως είναι οι εξής:

-Φωσφορυλίωση: θεωρείται ότι σχετίζεται με την τροποποίηση του βαθμού συμπύκνωσης της χρωματίνης και βρίσκεται συνήθως σε υπολείμματα σερίνης.

-Ακετυλίωση: σχετίζεται με χρωμοσωμικές περιοχές που είναι μεταγραφικά δραστικές. Συνήθως εμφανίζεται στις πλευρικές αλυσίδες υπολειμμάτων λυσίνης. Όταν συμβαίνει σε αυτά τα υπολείμματα το θετικό φορτίο μειώνεται μειώνοντας τη συγγένεια των πρωτεϊνών με το DNA.

-Μεθυλίωση: μπορεί να δοθεί ως μονο-, δι- ή τριμεθυλόν των υπολοίπων λυσίνης που προεξέχουν από τον πρωτεϊνικό πυρήνα.

Ειδικά ένζυμα είναι υπεύθυνα για την πραγματοποίηση αυτών των ομοιοπολικών τροποποιήσεων σε ιστόνες. Αυτά τα ένζυμα περιλαμβάνουν ακετυλοτρανσφεράσες ιστονίνης (ΗΑΤ), σύμπλοκα ιστονών-δεακετυλάσης (HDAC) και ιστόνο-μεθυλοτρανσφεράσες και δεμεθυλάσες..

Τύποι

Ο χαρακτηρισμός των ιστονών διεξήχθη με διάφορες βιοχημικές τεχνικές, μεταξύ των οποίων χρωματογραφίες βασίζονται σε ρητίνες ανταλλαγής κατιόντων ασθενές.

Μερικοί συγγραφείς καθιερώνουν μια μέθοδο ταξινόμησης στην οποία διακρίνονται 5 κύριοι τύποι ιστονών σε ευκαρυώτες: FI, με πρωτεΐνες 21 kDa. F2A1 ή FIV, συν ή πλην 11.3kDa. F2A2 ή FllbI, 14,5kDa. F2B ή Fllb2, με μοριακό βάρος 13,7 kDa και F3 ή FIII, των 15,3kDa.

Όλοι αυτοί οι τύποι ιστονών, με την εξαίρεση της ομάδας FI, βρίσκονται σε ισομοριακές ποσότητες στα κύτταρα.

Μια άλλη ταξινόμηση, με την ίδια δύναμη και ίσως το πιο χρησιμοποιούνται σήμερα, προτείνει την ύπαρξη δύο διαφορετικών τύπων των ιστονών, δηλαδή εκείνα που αποτελούν μέρος του οκταμερούς του νουκλεοσώματος και ιστόνης δεσμευτική ή γέφυρα, που συνδέει τα νουκλεοσώματα μεταξύ ναι.

Μερικές παραλλαγές μπορούν επίσης να προκύψει μεταξύ των ειδών και αντίθετα με τις ιστόνες πυρήνα, οι παραλλαγές συντίθενται κατά τη μεσόφαση και εισάγονται μέσα στο χρωματίνης προσχηματισμένα μέσω μιας διαδικασίας εξαρτάται από την ενέργεια που απελευθερώνεται από την υδρόλυση της ΑΤΡ.

Νουκλεοσωμικές ιστόνες

Ο πυρήνας ενός νουκλεοσώματος αποτελείται από ένα ζεύγος καθεμιάς από τις τέσσερις συστατικές ιστόνες: Η2α, Η2b, Η3 και Η4. πάνω από το οποίο τυλίγονται τμήματα DNA περίπου 145 ζευγών βάσεων.

Οι ιστόνες Η4 και Η2Β είναι, καταρχήν, αμετάβλητες. Ορισμένες παραλλαγές είναι προφανές, ωστόσο, Η3 και ιστόνη Η2Α, των οποίων η βιοφυσικών και βιοχημικών ιδιοτήτων μεταβάλλουν φυσιολογική φύση του νουκλεοσώματος.

Μια παραλλαγή της ιστόνης H2A στον άνθρωπο, η πρωτεΐνη H2A.Z έχει μια μεγάλη όξινη περιοχή και μπορεί να ευνοήσει τη σταθερότητα του νουκλεοσώματος ανάλογα με τις παραλλαγές της ιστόνης Η3 με τις οποίες συνδέεται.

Αυτές οι ιστόνες δείχνουν κάποια μεταβλητότητα μεταξύ των ειδών, είναι μια ειδική περίπτωση της ιστόνης H2B, για την οποία το πρώτο τρίτο του μορίου είναι πολύ μεταβλητό.

Ιστοτόνες της Ένωσης

Οι ιστοσύνες διασταύρωσης ή γέφυρας είναι ιστόνες της κατηγορίας Η1. Αυτοί είναι υπεύθυνοι για την ένωση μεταξύ νουκλεοσωμάτων και την προστασία του DNA που προεξέχει στην αρχή και στο τέλος κάθε σωματιδίου.

Σε αντίθεση με τις νουκλεοσωμικές ιστόνες, δεν έχουν όλες οι ιστόνες τύπου Η1 τη σφαιρική περιοχή της "πτυχής" των ιστονών. Αυτές οι πρωτεΐνες συνδέονται με το DNA μεταξύ των νουκλεοσωμάτων, διευκολύνοντας μια αλλαγή στην ισορροπία της χρωματίνης προς μια πιο συμπυκνωμένη και λιγότερο ενεργή κατάσταση, μεταγραφικά.

Οι μελέτες έχουν συνδέσει αυτές τις ιστόνες με τη γήρανση, την επιδιόρθωση του DNA και τις αποπτωτικές διεργασίες, έτσι πιστεύεται ότι έχουν καθοριστικό ρόλο στη διατήρηση της γονιδιωματικής ακεραιότητας.

Λειτουργίες

Όλα τα υπολείμματα αμινοξέων των ιστονών συμμετέχουν με τον ένα ή τον άλλο τρόπο στην αλληλεπίδρασή τους με το DNA, γεγονός που εξηγεί το γεγονός ότι είναι τόσο συντηρημένα μεταξύ των βασιλείων των ευκαρυωτικών οργανισμών.

Συμμετοχή των ιστονών στη συσκευασία του DNA με τη μορφή της χρωματίνης είναι ιδιαίτερα σχετικό σε πολύπλοκες πολυκύτταρους οργανισμούς στους οποίους διαφορετικές κυτταρικές γραμμές μπορούν να εξειδικεύονται απλώς αλλάζοντας την προσβασιμότητα των γονιδίων τους με τη μεταγραφική μηχανήματα.

Οι μεταγραφικώς δραστικές γονιδιωματικές περιοχές είναι πυκνές σε νουκλεοσώματα, υποδηλώνοντας ότι η σύνδεση ϋΝΑ με πρωτεΐνες ιστόνης είναι κρίσιμη για την αρνητική ή θετική ρύθμιση της μεταγραφής τους.

Επίσης, καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής της απόκρισης ενός κυττάρου σε πολλά ερεθίσματα, τόσο εσωτερικές όσο και εξωτερικές, αυτό εξαρτάται από μικρές αλλαγές στη χρωματίνη, που συνήθως έχουν να κάνουν με την αναδιαμόρφωση και μετα-μεταφραστική τροποποίηση των ιστονών που βρέθηκαν στο στενή σχέση με το DNA.

Πολλαπλές μεταβλητές ιστόνης ασκούν διαφορετικές λειτουργίες σε ευκαρυώτες. Ένας από αυτούς έχει να κάνει με τη συμμετοχή μιας παραλλαγής της ιστόνης Η3 στο σχηματισμό κεντρομερικών δομών υπεύθυνων για τον διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων κατά τη διάρκεια της μίτωσης.

Έχει αποδειχθεί ότι το αντίστοιχο αυτής της πρωτεΐνης σε άλλους ευκαρυώτες είναι απαραίτητο για τη συναρμολόγηση του kinetochore πρωτεΐνης στο οποίο δεσμεύονται οι μικροσωληνίσκοι της ατράκτου κατά τη διάρκεια της μίτωσης και της μείωσης..

Αναφορές

1. Alberts, Β., Johnson, Α., Lewis, J., Morgan, D., Raff, Μ., Roberts, Κ., & Walter, Ρ. (2015). Μοριακή Βιολογία του Κυττάρου (6η έκδοση). Νέα Υόρκη: Garland Science.
2. Campos, Ε. Ι. & Reinberg, Ο. (2009). Histones: Σχολιασμός της Χρωματίνης. Annu. Rev. Genet., 43, 559-599.
3. Harvey, Α. C., & Downs, J. Α. (2004). Ποιες λειτουργίες παρέχουν οι συνδέτες ιστόνες; Μοριακή Μικροβιολογία, 53, 771-775.
4. Henikoff, S., & Ahmad, Κ. (2005). Συναρμολόγηση της παραλλαγής Histones σε Chromatin. Annu. Rev. Cell. Dev. ΒίοΙ., 21, 133-153.
5. Isenberg, Ι. (1979). Histones. Annu. Rev. Biochem., 48, 159-191.
6. Kornberg, R.D. & Thomas, J.O. (1974). Δομή χρωμοτίνης: Ολιγομερή των Histones. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, Ε., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Χημεία και Βιολογία των Ιστοτονών. Physiological Reviews, 50 (2), 159-170.