The histones adalah protein asas yang berinteraksi dengan DNA untuk membentuk nucleosomes, yang membentuk lembar juzuk chromatin kromosom dalam eukariot.
Nukleosom, kompleks yang terdiri dari DNA dan protein, ditemukan pada tahun 1974 dan histon adalah yang merangkumi tahap asas kromatin organisasi ini. Walau bagaimanapun, kewujudan protein histon telah diketahui sejak sebelum tahun 1960-an.
Gambaran grafik nukleosom dengan pusat oktamerik histon dan DNA melingkar di sekelilingnya (Sumber: Jawahar Swaminathan dan kakitangan MSD di Institut Bioinformatik Eropah melalui Wikimedia Commons)
Histon disusun sedemikian rupa sehingga DNA untai dua membungkus pusat protein yang terdiri daripada protein-protein ini yang berinteraksi rapat antara satu sama lain. Pusat histon berbentuk cakera, dan DNA berkisar 1.7 kali.
Ikatan hidrogen berganda membolehkan DNA mengikat ke pusat protein yang terbentuk oleh histon di setiap nukleosom. Ikatan ini terbentuk, sebahagian besarnya, antara tulang belakang asid amino histon dan tulang belakang gula-fosfat DNA. Beberapa interaksi hidrofobik dan ikatan ion juga turut serta.
Protein yang dikenali sebagai "kompleks pembentukan semula kromatin" bertanggungjawab untuk memecah dan membentuk hubungan persimpangan antara DNA dan histon, yang memungkinkan mesin transkrip memasuki DNA yang terkandung dalam nukleosom.
Walaupun berdekatan dengan asid nukleik ke pusat protein yang terbentuk oleh histon, ini disusun sedemikian rupa sehingga, jika perlu, mereka membenarkan kemasukan faktor transkripsi dan protein lain yang berkaitan dengan ekspresi gen atau membungkam gen .
Histones dapat mengalami berbagai modifikasi yang menghasilkan beberapa varian, memungkinkan adanya banyak bentuk kromatin yang memiliki sifat memodulasi ekspresi gen dengan cara yang berbeza.
ciri
Mereka adalah salah satu protein eukariotik yang paling banyak dikekalkan. Sebagai contoh, histon kacang H4 terbukti berbeza hanya dalam dua dari 102 kedudukan asid amino protein H4 lembu.
Histon adalah protein yang agak kecil, dengan tidak lebih daripada 140 asid amino. Mereka kaya dengan residu asid amino asas, jadi mereka mempunyai muatan positif bersih, yang menyumbang kepada interaksi mereka dengan asid nukleik bermuatan negatif untuk membentuk nukleosom.
Histone nukleosom dan penghubung diketahui. Histon nukleosom adalah H3, H4, H2A dan H2B, sementara histon pengikat tergolong dalam keluarga histon H1.
Semasa pemasangan nukleosom, dimer spesifik H3-H4 dan H2A-H2B pada mulanya terbentuk. Dua dimer H3-H4 kemudian bergabung bersama untuk membentuk tetramers yang kemudian bergabung dengan dimer H2A-H2B, membentuk pusat oktamer.
Semua histon disintesis terutamanya semasa fasa S kitaran sel, dan nukleosom dipasang di heliks DNA yang baru lahir, tepat setelah garpu replikasi.
Struktur
Struktur umum histon merangkumi kawasan asid amino asas dan kawasan karboksil globular yang sangat terpelihara di kalangan organisma eukariotik.
Motif struktur yang dikenali sebagai "lipatan histon", terdiri daripada tiga heliks alfa yang dihubungkan oleh dua jepit rambut dan membentuk pusat hidrofobik kecil, bertanggungjawab untuk interaksi protein-protein antara histon yang membentuk nukleosom.
Lipatan histon inilah yang membentuk domain karboksil globular protein nukleosom ini di semua eukariota.
Histon juga mempunyai terminal amino kecil dan terminal karboksil lain (dapat diakses oleh protease) "ekor" atau kawasan, panjangnya tidak lebih dari 40 asid amino. Kedua-dua wilayah kaya dengan asid amino asas yang boleh mengalami beberapa pengubahsuaian kovalen pasca-terjemahan.
Mengikat histon
Dalam eukariota terdapat dua keluarga histon yang mengikat, yang berbeza antara satu sama lain dengan strukturnya. Sebahagiannya mempunyai struktur tripartit, dengan domain globular yang dijelaskan di atas diapit oleh domain N- dan C-terminal "tidak berstruktur"; sementara yang lain hanya mempunyai domain C-terminal.
Walaupun kebanyakan histon diawetkan, semasa embriogenesis atau pematangan sel khusus dalam beberapa organisma, beberapa varian tertentu mungkin timbul. Beberapa variasi struktur berkaitan dengan pengubahsuaian pasca-terjemahan seperti yang berikut:
- Fosforilasi : dianggap berkaitan dengan pengubahsuaian tahap pemeluwapan kromatin dan biasanya terjadi pada residu serin.
- Asetilasi : dikaitkan dengan kawasan kromosom yang aktif secara transkripsi. Ia biasanya berlaku pada rantai sampingan sisa lisin. Seperti yang berlaku pada residu ini, muatan positifnya berkurang, sehingga mengurangkan pertalian protein untuk DNA.
- Metilasi : boleh berlaku sebagai mono-, di- atau trimetilasi residu lisin yang menonjol dari teras protein.
Enzim khusus bertanggungjawab untuk membuat pengubahsuaian kovalen ini dalam histon. Enzim ini merangkumi histone asetil transferase (HAT), histone deacetylases complexes (HDACs), dan histone methyltransferases dan demethylases.
Jenis-Jenis
Pencirian histon telah dilakukan oleh pelbagai teknik biokimia, di antaranya kromatografi yang berdasarkan resin pertukaran kation lemah menonjol.
Pengarang tertentu menetapkan bentuk klasifikasi di mana 5 jenis histon utama dibezakan dalam eukariota: FI, dengan 21 kDa protein; F2A1 atau FIV, tambah atau tolak 11.3 kDa; F2A2 atau FIIbI, 14.5 kDa; F2B atau FIIb2, dengan berat molekul 13.7 kDa, dan F3 atau FIII, 15.3 kDa.
Semua jenis histon ini, kecuali kumpulan IF, terdapat dalam jumlah yang sama dalam sel.
Klasifikasi lain, dengan kesahan yang sama dan mungkin yang paling banyak digunakan pada masa ini, mencadangkan adanya dua jenis histon yang berbeza, iaitu: yang merupakan bahagian oktamer nukleosom dan histon pengikat atau penghubung, yang bergabung dengan nukleosom antara iya.
Beberapa varian juga boleh berlaku antara spesies dan tidak seperti inti histon, varian disintesis semasa interphase dan dimasukkan ke dalam kromatin preformed melalui proses yang bergantung pada tenaga yang dibebaskan dari hidrolisis ATP.
Histone nukleosom
Pusat nukleosom terdiri daripada sepasang dari masing-masing empat histon konstituen: H2a, H2b, H3, dan H4; di mana segmen DNA kira-kira 145 pasangan asas dililit.
Histones H4 dan H2B, pada dasarnya, tidak berubah-ubah. Beberapa variasi terbukti, bagaimanapun, pada histon H3 dan H2A, yang sifat biofisik dan biokimia mengubah sifat normal nukleosom.
Varian histon H2A pada manusia, protein H2A.Z mempunyai kawasan berasid yang besar dan dapat meningkatkan kestabilan nukleosom bergantung pada varian histone H3 yang berkaitan dengannya.
Histon ini menunjukkan beberapa kebolehubahan antara spesies, yang khas adalah histon H2B, yang mana sepertiga pertama molekulnya sangat berubah-ubah.
Mengikat histon
Histone pengikat atau penghubung adalah histon kelas H1. Ini bertanggungjawab untuk penyatuan antara nukleosom dan perlindungan DNA yang menonjol pada awal dan akhir setiap zarah.
Tidak seperti histon nukleosom, tidak semua histon jenis H1 mempunyai kawasan globular histone "lipatan". Protein ini mengikat DNA antara nukleosom, memfasilitasi pergeseran keseimbangan kromatin ke keadaan yang lebih pekat dan kurang aktif, secara transkripsi.
Kajian telah mengaitkan histon ini dengan proses penuaan, pembaikan DNA, dan proses apoptotik, sebab itulah mereka dianggap memainkan peranan penting dalam menjaga integriti genom.
ciri-ciri
Semua residu asid amino histon berpartisipasi, dalam satu cara atau yang lain, dalam interaksi mereka dengan DNA, yang menjelaskan fakta bahawa mereka sangat terpelihara di antara kerajaan organisma eukariotik.
Penyertaan histon dalam pembungkusan DNA dalam bentuk kromatin sangat relevan untuk organisma multiselular yang kompleks di mana garis sel yang berbeza hanya dapat membuat pengkhususan hanya dengan mengubah kebolehcapaian gen mereka ke mesin transkrip.
Kawasan genomik yang aktif secara transkripsi padat dalam nukleosom, menunjukkan bahawa perkaitan DNA dengan protein histon sangat penting untuk peraturan negatif atau positif transkripsi mereka.
Begitu juga, sepanjang hayat sel, tindak balas terhadap sebilangan besar rangsangan, baik dalaman dan luaran, bergantung pada perubahan kecil dalam kromatin, yang biasanya ada kaitan dengan pembentukan semula dan pengubahsuaian histon pasca-translasi yang terdapat di hubungan rapat dengan DNA.
Pelbagai pemboleh ubah histone melayani fungsi yang berbeza dalam eukariota. Salah satunya berkaitan dengan penyertaan varian histon H3 dalam pembentukan struktur sentromerik yang bertanggungjawab untuk pemisahan kromosom semasa mitosis.
Rakan protein ini dalam eukariota lain telah terbukti penting untuk pemasangan protein kinetochore yang mengikat mikrotubulus gelendong semasa mitosis dan meiosis.
Rujukan
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Biologi Molekul Sel (edisi ke-6). New York: Sains Garland.
- Campos, EI, & Reinberg, D. (2009). Histones: Mengenotasi Chromatin. Annu. Pendeta Genet. , 43, 559–599.
- Harvey, AC, & Downs, JA (2004). Fungsi apa yang disediakan histon penghubung? Mikrobiologi Molekul, 53, 771-775.
- Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Pemasangan Histone Variasi ke dalam Chromatin. Annu. Sel Pendeta. Dev. Biol., 21, 133-153.
- Isenberg, I. (1979). Histones. Annu. Biokimia Pendeta , 48, 159–191.
- Kornberg, RD, & Thomas, JO (1974). Struktur Chromatin: Oligomer Histones. Sains, 184 (4139), 865-868.
- Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Kimia dan Biologi Histones. Ulasan Fisiologi, 50 (2), 159–170.