ISTORII: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, TIPURI ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Cele histonelor sunt proteine de bază care interacționează cu ADN - ul pentru a forma nucleosomes, care formează firele de constituenți cromatină de cromozomi eucariotelor.

Nucleozomii, complexe alcătuite din ADN și proteine, au fost descoperite în 1974 și sunt histonele care reunesc acest nivel bazal de organizare a cromatinei. Cu toate acestea, existența proteinelor histonice este cunoscută încă înainte de anii '60.

Reprezentare grafică a unui nucleozom cu un centru octameric de histone și ADN înfășurat în jurul acestuia (Sursa: Jawahar Swaminathan și personalul MSD la Institutul European de Bioinformatică prin Wikimedia Commons)

Histonele sunt organizate astfel încât ADN-ul dublu-catenar se înfășoară în jurul unui centru proteic compus din aceste proteine ​​care interacționează strâns între ele. Centrul histonelor este în formă de disc, iar ADN-ul este de aproximativ 1,7 ori.

Legături multiple de hidrogen permit ADN-ului să se lege la centrul de proteine ​​format de histonele din fiecare nucleozom. Aceste legături sunt formate, în cea mai mare parte, între coloana vertebrală a aminoacizilor histonelor și coloana vertebrală a zahăr-fosfat a ADN-ului. De asemenea, participă unele interacțiuni hidrofobe și legături ionice.

Proteinele cunoscute sub numele de „complexe de remodelare a cromatinei” sunt responsabile de ruperea și formarea legăturilor de legătură între ADN și histone, permițând ca mașina transcripțională să intre în ADN-ul conținut în nucleozomi.

În ciuda apropierii de acizi nucleici de centrul proteic format din histone, aceștia sunt aranjați astfel încât, dacă este necesar, să permită intrarea factorilor de transcripție și a altor proteine ​​legate de expresia genelor sau de reducerea silentei genice. .

Histonele pot suferi diverse modificări care generează multiple variante, ceea ce face posibilă existența a numeroase forme diferite de cromatină care au proprietatea de a modula expresia genelor în moduri diferite.

caracteristici

Sunt una dintre cele mai conservate proteine ​​eucariote din natură. De exemplu, s-a dovedit că histona H4 de mazăre diferă doar în două dintre cele 102 poziții de aminoacizi ale proteinei H4 de vacă.

Histonele sunt proteine ​​relativ mici, cu cel mult 140 de aminoacizi. Sunt bogate în reziduuri de aminoacizi de bază, deci au o sarcină netă pozitivă, ceea ce contribuie la interacțiunea lor cu acidul nucleic încărcat negativ pentru a forma nucleozomi.

Se cunosc histoane nucleozomale și de punte. Histonele nucleozomale sunt H3, H4, H2A și H2B, în timp ce histonele de legătură aparțin familiei de histone H1.

În timpul asamblării nucleozomilor, inițial se formează dimeri H3-H4 și H2A-H2B. Doi dimeri H3-H4 se unesc apoi pentru a forma tetramere care ulterior se combină cu dimerii H2A-H2B, formând centrul octameric.

Toate histonele sunt sintetizate în principal în faza S a ciclului celular, iar nucleozomii sunt asamblați în elicele ADN-ului nou, imediat după furculita de replicare.

Structura

Structura generală a histonelor include o regiune aminoacidă de bază și o regiune carboxilică globulară foarte bine conservată între organismele eucariote.

Un motiv structural cunoscut sub denumirea de „îndoirea histonică”, compus din trei elicele alfa conectate de două pene de păr și care formează un mic centru hidrofob, este responsabil pentru interacțiunile proteină-proteină dintre histonele care alcătuiesc nucleozomul.

Este acest pliu de histone care constituie domeniul carboxil global al acestor proteine ​​nucleosomale în toate eucariotele.

Histonele au, de asemenea, mici „cozi” sau amino-terminale și alte regiuni carboxil-terminale (accesibile proteazelor), care nu depășesc 40 de aminoacizi. Ambele regiuni sunt bogate în aminoacizi de bază care pot suferi multiple modificări covalente post-translaționale.

Histone de legare

În eucariote există două familii de histone obligatorii, diferențiate unele de altele prin structura lor. Unele au o structură tripartită, cu domeniul global descris mai sus flancat de domeniile N-și C-terminale „nestructurate”; în timp ce altele au doar un domeniu C-terminal.

Deși majoritatea histonelor sunt conservate, pot apărea variante specifice în timpul embriogenezei sau maturării celulelor specializate din unele organisme. Unele variații structurale au legătură cu modificările post-translaționale, cum ar fi următoarele:

- Fosforilare : se crede că este legată de modificarea gradului de condensare a cromatinei și apare în mod obișnuit în reziduurile de serină.

- Acetilare : asociată cu regiuni cromozomiale care sunt active transcripțional. În mod normal apare pe lanțurile laterale ale reziduurilor de lizină. Deoarece apare pe aceste reziduuri, încărcarea lor pozitivă scade, reducând astfel afinitatea proteinelor pentru ADN.

- Metilare : poate apărea ca mono-, di- sau trimetilare a reziduurilor de lizină care ies din nucleul proteic.

Enzimele specifice sunt responsabile de efectuarea acestor modificări covalente în histone. Aceste enzime includ histon acetil-transferaze (HAT-uri), complexe de histone deacetilaze (HDAC), și histon metiltransferaze și demetilaze.

Tipuri

Caracterizarea histonelor a fost realizată prin diferite tehnici biochimice, printre care ies în evidență cromatografiile care se bazează pe rășini de schimb cationice slabe.

Anumiți autori stabilesc o formă de clasificare în care se disting 5 tipuri principale de histone în eucariote: FI, cu proteine ​​de 21 kDa; F2A1 sau FIV, de plus sau minus 11,3 kDa; F2A2 sau FIIbI, 14,5 kDa; F2B sau FIIb2, cu o greutate moleculară de 13,7 kDa și F3 sau FIII, de 15,3 kDa.

Toate aceste tipuri de histone, cu excepția grupului IF, se găsesc în cantități echimolare din celule.

O altă clasificare, cu aceeași validitate și poate cea mai utilizată la ora actuală, propune existența a două tipuri diferite de histone și anume: cele care fac parte din octamerul nucleozomului și histonele de legare sau de legătură, care unesc nucleozomii între da.

Unele variante pot apărea, de asemenea, între specii și spre deosebire de histonele centrale, variantele sunt sintetizate în timpul interfazei și sunt introduse în cromatină preformată printr-un proces dependent de energia eliberată din hidroliza ATP.

Histone nucleozomale

Centrul unui nucleozom este format dintr-o pereche din cele patru histone constitutive: H2a, H2b, H3 și H4; pe care sunt rănite segmente de ADN de aproximativ 145 de perechi de baze.

Histonele H4 și H2B sunt, în principiu, invariante. Unele variații sunt însă evidente în histonele H3 și H2A, ale căror proprietăți biofizice și biochimice modifică natura normală a nucleozomului.

O variantă de histonă H2A la om, proteina H2A.Z are o regiune acidă mare și poate promova stabilitatea nucleozomilor în funcție de variantele de histonă H3 cu care este asociată.

Aceste histone prezintă o anumită variabilitate între specii, un caz special fiind cel al histonei H2B, pentru care prima treime a moleculei este extrem de variabilă.

Histone de legare

Histonele de legare sau de legătură sunt histonele de clasă H1. Acestea sunt responsabile de unirea dintre nucleozomi și de protecția ADN-ului care iese la începutul și la sfârșitul fiecărei particule.

Spre deosebire de histonele nucleozomale, nu toate histonele de tip H1 posedă regiunea globulară a „pliului” histoniei. Aceste proteine ​​se leagă de ADN-ul dintre nucleozomi, facilitând o mutare a echilibrului cromatinei către o stare mai condensată și mai puțin activă, transcripțional vorbind.

Studiile au legat aceste histone cu procesele de îmbătrânire, repararea ADN-ului și apoptotice, motiv pentru care se crede că acestea joacă un rol crucial în menținerea integrității genomice.

Caracteristici

Toate resturile de aminoacizi ale histonelor participă, într-un fel sau altul, la interacțiunea lor cu ADN-ul, ceea ce explică faptul că sunt atât de conservate între regatele organismelor eucariote.

Participarea histonelor la ambalarea ADN-ului sub formă de cromatină este de o mare relevanță pentru organismele complexe multicelulare în care diferite linii celulare se pot specializa doar schimbând accesibilitatea genelor lor la mașinile transcripționale.

Regiunile genomice transcripțional active sunt dense în nucleozomi, ceea ce sugerează că asocierea ADN-ului cu proteinele histonice este crucială pentru reglarea negativă sau pozitivă a transcrierii lor.

De asemenea, de-a lungul vieții unei celule, răspunsul la un număr mare de stimuli, atât interni cât și externi, depinde de mici modificări ale cromatinei, care în mod normal au legătură cu remodelarea și modificarea post-translațională a histonelor găsite în relație strânsă cu ADN-ul.

Variabilele cu histone multiple servesc funcții diferite în eucariote. Una dintre ele are legătură cu participarea unei variante de histonă H3 la formarea structurilor centromerice responsabile de segregarea cromozomilor în timpul mitozei.

Contrapartida acestei proteine ​​din alte eucariote s-a dovedit a fi esențială pentru asamblarea cinetocorei proteice de care se leagă microtubulii axului în timpul mitozei și meiozei.

Referințe

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Biologia moleculară a celulei (ediția a 6-a). New York: Știința Garlandului.
2. Campos, EI, & Reinberg, D. (2009). Istonii: adnotarea cromatinei. Annu. Rev. Genet. , 43, 559–599.
3. Harvey, AC, & Downs, JA (2004). Ce funcții oferă histonele linker? Microbiologie moleculară, 53, 771–775.
4. Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Asamblarea histonelor variante în cromatină. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Histone. Annu. Rev. Biochem. , 48, 159–191.
6. Kornberg, RD, & Thomas, JO (1974). Structura cromatinei: Oligomerii istonilor. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Chimia și biologia istonilor. Recenzii fiziologice, 50 (2), 159-170.