HISTONLAR: ÖZELLIKLER, YAPI, TÜRLER VE IŞLEVLER - BIYOLOJI - 2025

Histonlar , DNA ile etkileşimi ökaryotlarda kromozom kromatin bileşenlerin kenarları oluşturmak nükleozom, oluşturmak üzere temel proteinlerdir.

DNA ve proteinlerden oluşan kompleksler olan nükleozomlar 1974'te keşfedildi ve bu bazal kromatin organizasyonunu oluşturan histonlardır. Bununla birlikte, histon proteinlerinin varlığı 1960'lardan önce bilinmektedir.

Oktamerik bir histon merkezi ve etrafına sarılmış DNA ile bir nükleozomun grafiksel gösterimi (Kaynak: Jawahar Swaminathan ve Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü'ndeki MSD personeli, Wikimedia Commons aracılığıyla)

Histonlar öyle düzenlenmiştir ki, çift sarmallı DNA birbirleriyle yakın etkileşim içinde olan bu proteinlerden oluşan bir protein merkezinin etrafını sarar. Histonların merkezi disk şeklindedir ve DNA yaklaşık 1,7 kat gider.

Çoklu hidrojen bağı, DNA'nın her nükleozomdaki histonlar tarafından oluşturulan protein merkezine bağlanmasına izin verir. Bu bağlar, çoğunlukla histonların amino asit omurgaları ile DNA'nın şeker-fosfat omurgası arasında oluşur. Bazı hidrofobik etkileşimler ve iyonik bağlar da katılır.

"Kromatin yeniden modelleme kompleksleri" olarak bilinen proteinler, DNA ve histonlar arasındaki bağlantı bağlantılarını kırmaktan ve oluşturmaktan sorumludur, bu da transkripsiyonel makinenin nükleozomlarda bulunan DNA'ya girmesine izin verir.

Nükleik asitlerin histonların oluşturduğu protein merkezine yakınlığına rağmen bunlar, gerektiğinde transkripsiyon faktörlerinin ve gen ekspresyonu veya gen susturma ile ilgili diğer proteinlerin girişine izin verecek şekilde düzenlenmiştir. .

Histonlar, çoklu varyantlar oluşturan çeşitli modifikasyonlara uğrayabilir ve bu da, gen ekspresyonunu farklı şekillerde modüle etme özelliğine sahip birçok farklı kromatin formunun varlığını mümkün kılar.

karakteristikleri

Doğadaki en korunmuş ökaryotik proteinlerden biridir. Örneğin bezelye histon H4'ün inek H4 proteininin 102 amino asit pozisyonundan sadece ikisinde farklı olduğu gösterilmiştir.

Histonlar, 140'dan fazla amino asit içermeyen nispeten küçük proteinlerdir. Bazik amino asit kalıntıları bakımından zengindirler, bu nedenle net bir pozitif yüke sahiptirler, bu da nükleozomları oluşturmak için negatif yüklü nükleik asitle etkileşimlerine katkıda bulunur.

Nükleozomal ve köprü histonları bilinmektedir. Nükleozomal histonlar H3, H4, H2A ve H2B iken, bağlanma histonları histonlar H1 ailesine aittir.

Nükleozom montajı sırasında, başlangıçta spesifik dimerler H3-H4 ve H2A-H2B oluşturulur. Daha sonra iki H3-H4 dimeri, daha sonra H2A-H2B dimerleri ile birleşerek oktamerik merkezi oluşturan tetramerler oluşturmak için birleşir.

Tüm histonlar, öncelikle hücre döngüsünün S fazında sentezlenir ve nükleozomlar, çoğaltma çatalından hemen sonra yeni oluşan DNA sarmallarında birleştirilir.

yapı

Histonların genel yapısı, bir bazik amino asit bölgesini ve ökaryotik organizmalar arasında yüksek oranda korunmuş bir küresel karboksil bölgesini içerir.

İki saç tokasıyla birbirine bağlanan ve küçük bir hidrofobik merkez oluşturan üç alfa sarmalından oluşan "histon kıvrımı" olarak bilinen yapısal bir motif, nükleozomu oluşturan histonlar arasındaki protein-protein etkileşimlerinden sorumludur.

Tüm ökaryotlarda bu nükleozomal proteinlerin küresel karboksil alanını oluşturan histonların bu katıdır.

Histonlar ayrıca küçük "kuyruklara" veya amino terminaline ve diğer karboksil terminal bölgelerine (proteazlara erişilebilir), en fazla 40 amino asit uzunluğuna sahiptir. Her iki bölge de çok sayıda post-translasyonel kovalent modifikasyona uğrayabilen bazik amino asitler açısından zengindir.

Bağlayıcı histonlar

Ökaryotlarda, yapılarına göre birbirinden farklı iki bağlayıcı histon ailesi vardır. Bazıları, "yapılandırılmamış" N- ve C-terminal alanları ile çevrili yukarıda açıklanan küresel alan ile üçlü bir yapıya sahiptir; diğerleri ise sadece bir C-terminal alanına sahiptir.

Çoğu histon korunmuş olsa da, bazı organizmalarda özel hücrelerin embriyogenezi veya olgunlaşması sırasında bazı spesifik varyantlar ortaya çıkabilir. Bazı yapısal varyasyonların, aşağıdakiler gibi çeviri sonrası değişikliklerle ilgisi vardır:

- Fosforilasyon : Kromatinin yoğunlaşma derecesinin modifikasyonu ile ilişkili olduğu düşünülmektedir ve yaygın olarak serin kalıntılarında meydana gelir.

- Asetilasyon : transkripsiyonel olarak aktif olan kromozomal bölgeler ile ilişkilidir. Normalde lizin kalıntılarının yan zincirlerinde oluşur. Bu kalıntılar üzerinde meydana geldikçe, pozitif yükleri azalır, böylece proteinlerin DNA'ya afinitesi azalır.

- Metilasyon : Protein çekirdeğinden çıkan lizin kalıntılarının mono-, di- veya trimetilasyonu olarak meydana gelebilir.

Histonlarda bu kovalent modifikasyonları yapmaktan spesifik enzimler sorumludur. Bu enzimler arasında histon asetil transferazlar (HAT'lar), histon deasetilaz kompleksleri (HDAC'ler) ve histon metiltransferazlar ve demetilazlar bulunur.

Türleri

Histonların karakterizasyonu, zayıf katyon değişim reçinelerine dayanan kromatografilerin öne çıktığı çeşitli biyokimyasal tekniklerle gerçekleştirilmiştir.

Bazı yazarlar, ökaryotlarda 5 ana histon tipinin ayırt edildiği bir sınıflandırma biçimi oluştururlar: 21 kDa proteinli FI; F2A1 veya FIV, artı veya eksi 11,3 kDa; F2A2 veya FIIbI, 14.5 kDa; Moleküler ağırlığı 13,7 kDa olan F2B veya FIIb2 ve 15,3 kDa F3 veya FIII.

IF grubu haricinde tüm bu histon türleri, hücrelerde eşmolar miktarlarda bulunur.

Aynı geçerliliğe sahip ve belki de şu anda en yaygın olarak kullanılan başka bir sınıflandırma, iki farklı histon türünün varlığını önermektedir: nükleozomun oktamerinin parçası olanlar ve aralarında nükleozomları birleştiren bağlanan veya köprü oluşturan histonlar. Evet.

Türler arasında bazı varyantlar da oluşabilir ve çekirdek histonların aksine varyantlar, fazlar arası sırasında sentezlenir ve ATP hidrolizinden salınan enerjiye bağlı bir işlemle önceden oluşturulmuş kromatine eklenir.

Nükleozomal histonlar

Bir nükleozomun merkezi, dört kurucu histonun her birinin bir çiftinden oluşur: H2a, H2b, H3 ve H4; Yaklaşık 145 baz çiftinin DNA segmentlerinin sarıldığı.

Histonlar H4 ve H2B, prensip olarak değişmezdir. Bununla birlikte, biyofiziksel ve biyokimyasal özellikleri nükleozomun normal doğasını değiştiren histonlar H3 ve H2A'da bazı varyasyonlar belirgindir.

İnsanlarda histon H2A'nın bir varyantı olan H2A.Z proteini, büyük bir asidik bölgeye sahiptir ve ilişkili olduğu histon H3 varyantlarına bağlı olarak nükleozom stabilitesini artırabilir.

Bu histonlar, türler arasında bir miktar değişkenlik gösterir; özel bir durum, molekülün ilk üçte birinin oldukça değişken olduğu histon H2B'dir.

Bağlayıcı histonlar

Bağlanan veya köprü oluşturan histonlar, H1 sınıfı histonlardır. Bunlar, nükleozomlar arasındaki birleşmeden ve her parçacığın başında ve sonunda çıkıntı yapan DNA'nın korunmasından sorumludur.

Nükleozomal histonların aksine, tüm H1-tipi histonlar histon "kıvrımının" globüler bölgesine sahip değildir. Bu proteinler nükleozomlar arasında DNA'ya bağlanarak, kromatin dengesinde transkripsiyonel olarak daha yoğun ve daha az aktif bir duruma geçişi kolaylaştırır.

Çalışmalar bu histonları yaşlanma, DNA onarımı ve apoptotik süreçlerle ilişkilendirdi, bu yüzden genomik bütünlüğün korunmasında çok önemli bir rol oynadıkları düşünülüyor.

Özellikleri

Histonların tüm amino asit kalıntıları, ökaryotik organizmaların krallıkları arasında bu kadar korunmuş oldukları gerçeğini açıklayan DNA ile etkileşimlerine öyle ya da böyle katılırlar.

Histonların DNA'nın kromatin biçiminde paketlenmesine katılımı, farklı hücre hatlarının yalnızca genlerinin transkripsiyon mekanizmasına erişilebilirliğini değiştirerek uzmanlaşabildiği karmaşık çok hücreli organizmalar için büyük önem taşır.

Transkripsiyonel olarak aktif genomik bölgeler, nükleozomlarda yoğun olup, DNA'nın histon proteinleri ile ilişkisinin, transkripsiyonlarının negatif veya pozitif regülasyonu için çok önemli olduğunu düşündürmektedir.

Benzer şekilde, bir hücrenin ömrü boyunca, hem iç hem de dış olmak üzere çok sayıda uyarana verilen yanıt, normalde içinde bulunan histonların yeniden şekillenmesi ve translasyon sonrası modifikasyonu ile ilgili olan kromatindeki küçük değişikliklere bağlıdır. DNA ile yakın ilişki.

Birden fazla histon değişkeni ökaryotlarda farklı işlevlere hizmet eder. Bunlardan biri, mitoz sırasında kromozomların ayrışmasından sorumlu sentromerik yapıların oluşumunda bir histon H3 varyantının katılımıyla ilgilidir.

Bu proteinin diğer ökaryotlardaki karşılığı, mil mikrotübüllerinin mitoz ve mayoz bölünmesi sırasında bağlandığı protein kinetokorunun birleşmesi için gerekli olduğu gösterilmiştir.

Referanslar

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. ve Walter, P. (2015). Hücrenin Moleküler Biyolojisi (6. baskı). New York: Garland Bilimi.
2. Campos, EI ve Reinberg, D. (2009). Histonlar: Kromatine Açıklama Ekleme. Annu. Rev. Genet. , 43, 559–599.
3. Harvey, AC ve Downs, JA (2004). Bağlayıcı histonları hangi işlevleri sağlar? Moleküler Mikrobiyoloji, 53, 771–775.
4. Henikoff, S. ve Ahmad, K. (2005). Varyant Histonların Kromatine Birleştirilmesi. Annu. Rev. Cell. Dev Biol., 21,133-153.
5. Isenberg, I. (1979). Histonlar. Annu. Rev. Biochem. , 48, 159–191.
6. Kornberg, RD ve Thomas, JO (1974). Kromatin Yapısı: Histonların Oligomerleri. Science, 184 (4139), 865-868.
7. Smith, E., DeLange, R. ve Bonner, J. (1970). Histonların Kimyası ve Biyolojisi. Fizyolojik İncelemeler, 50 (2), 159–170.