histone

histone fac parte din nucleele celulare. Prezența lor este o caracteristică distinctivă între organisme unicelulare (bacterii) și organisme multicelulare (oameni, animale sau plante). Foarte puține tulpini bacteriene au proteine ​​care sunt similare cu histonele. Evoluția a produs histone pentru a se acomoda mai bine și mai eficient pe lanțul ADN foarte lung, cunoscut și ca material genetic, în celulele ființelor vii superioare. Deoarece, dacă genomul uman ar fi nefondat, acesta ar avea aproximativ 1-2 m lungime, în funcție de stadiul celular în care se află o celulă.

Ce sunt histonii?

În ființele vii mai dezvoltate, histonele apar în nucleele celulare și au o proporție ridicată de aminoacizi încărcați pozitiv (în special lizina și arginina). Proteinele histonice sunt împărțite în cinci grupe principale - H1, H2A, H2B, H3 și H4. Secvențele de aminoacizi din cele patru grupe H2A, H2B, H3 și H4 diferă cu greu între diferitele ființe vii, în timp ce există mai multe diferențe pentru H1, o histonă de legătură. În cazul globulelor roșii din păsări care conțin nucleu, H1 a fost chiar înlocuit complet de o altă grupă principală de histone, numită H5.

Marea similitudine a secvențelor în majoritatea proteinelor histonice înseamnă că în majoritatea organismelor „ambalarea” ADN-ului se întâmplă în același mod, iar structura tridimensională rezultată este la fel de eficientă pentru funcția histonelor. În cursul evoluției, dezvoltarea histonelor trebuie să se fi întâmplat foarte devreme și trebuie să fi fost menținută chiar înainte de apariția mamiferelor sau a oamenilor.

Anatomie și structură

De îndată ce un nou lanț ADN este creat din baze individuale (numite nucleotide) dintr-o celulă, acesta trebuie „ambalat”. În acest scop, proteinele histonice dimerizează, care apoi formează câte doi tetrameri. În cele din urmă, un miez de histonă este format din doi tetrameri, octamerul histonic, în jurul căruia se înfășoară șuvița ADN și pătrunde parțial. Octona histonă este astfel localizată în structura tridimensională în cadrul catenei de ADN răsucite.

Cele opt proteine ​​histonice cu ADN-ul din jurul lor formează întregul complex al unui nucleozom. Zona ADN-ului dintre doi nucleozomi se numește ADN-linker și cuprinde aproximativ 20-80 de nucleotide. ADN-ul Linker este responsabil pentru ADN-ul „intrând” și „părăsind” octamerul histonic. Un nucleozom este astfel format din aproximativ 146 de nucleotide, o componentă ADN de legătură și opt proteine ​​histonice, astfel încât cele 146 nucleotide se înfășoară de 1,65 ori în jurul histonei octamer.

Mai mult, fiecare nucleozom este asociat cu o moleculă H1, astfel încât punctele de intrare și ieșire ale ADN-ului sunt ținute împreună de histona de conectare și de compactitatea ADN-ului crește. Un nucleozom are un diametru de aproximativ 10-30 nm. Mulți nucleozomi formează cromatină, un lanț lung de histon ADN care arată ca un șir de perle sub microscopul electronic. Nucleozomii sunt „perlele” care sunt înconjurate sau conectate de ADN-ul de tip șir.

Un număr de proteine ​​non-histonice susțin formarea nucleozomilor individuali sau a întregii cromatine, care în final formează cromozomii individuali atunci când o celulă trebuie să se împartă. Cromozomii sunt tipul maxim de compresie al cromatinei și pot fi recunoscuți prin microscopie ușoară în timpul divizării nucleului unei celule.

Funcție și sarcini

Așa cum am menționat mai sus, histonele sunt proteine ​​de bază cu o sarcină pozitivă, astfel încât interacționează cu ADN-ul încărcat negativ prin atracție electrostatică. ADN-ul „se înfășoară” în jurul octamerilor histonici, astfel încât ADN-ul devine mai compact și se încadrează în nucleul fiecărei celule. H1 are funcția de a comprima structura de cromatină de nivel superior și de cele mai multe ori împiedică transcripția și astfel translația, adică traducerea acestei părți ADN în proteine ​​printr-un mARN.

În funcție de faptul că celula se „odihnește” (interfaza) sau se împarte, cromatina este mai puțin sau mai puternic condensată, adică ambalată. În interfaza, porțiuni mari de cromatină sunt mai puțin condensate și, prin urmare, pot fi transcrise în mARN, adică citite și traduse ulterior în proteine. Histonele reglează activitatea genică a genelor individuale din vecinătatea lor și permit transcripția și crearea catenelor ARNm.

Când o celulă începe să se împartă, ADN-ul nu este tradus în proteine, ci distribuit uniform între cele două celule fiice care sunt create. Prin urmare, cromatina este puternic condensată și în plus stabilizată de histone. Cromozomii devin vizibili și pot fi distribuiți celulelor nou-emergente cu ajutorul multor alte proteine ​​non-histonice.

boli

Istonele sunt esențiale în crearea unei noi ființe vii. Dacă, din cauza mutațiilor genelor histonice, nu se poate forma una sau mai multe dintre proteinele histonice, acest organism nu este viabil și dezvoltarea ulterioară este oprită prematur. Acest lucru se datorează în principal conservării secvenței ridicate a histonelor.

Cu toate acestea, se știe de ceva timp că la copii și adulți cu diferite tumori maligne ale creierului pot apărea mutații în diferitele gene histonice ale celulelor tumorale. Mutațiile genelor histonice au fost descrise în special în așa-numitele glioame. În aceste tumori au fost descoperite și cozi de cromozomi alungiți. Aceste secțiuni finale ale cromozomilor, numiți telomeri, sunt în mod normal responsabili de longevitatea cromozomilor. În acest context, se pare că telomerele alungite ale tumorilor cu mutații de histonă oferă acestor celule degenerate un avantaj de supraviețuire.

Între timp, sunt cunoscute și alte tipuri de cancer care au mutații în diferitele gene histonice și produc astfel proteine ​​de mutare a histonelor care nu își îndeplinesc sau nu îndeplinesc slab sarcinile de reglare. Aceste descoperiri sunt utilizate în prezent pentru a dezvolta forme de terapie pentru tumorile deosebit de maligne și agresive.