Гістони

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Властивості основних класів гістонів[1]
Гістон Молекулярна маса Кількість амінокислотних залишків Вміст основних амінокислот (% від загальної кількості амінокислот)
Лізин Аргінін
H1* 21 130 223 29,5 11,3
H2A* 13 960 129 10,9 19,3
H2B* 13 774 125 16,0 16,4
H3 15 273 135 19,6 13,3
H4 11 236 102 10,8 13,7
*Розміри дещо різні в залежності від виду, дані наведені для бичачих білків
Схема утворення нуклеосоми

Гісто́ни — основний клас білків, необхідних для упакування молекул ДНК у хроматин. Гістони мають невелику молекулярну масу (від 11 до 21 кДа) і дуже багаті на основні амінокислоти (аргінін і лізин), завдяки чому взаємодія між гістонами і ДНК стабілізується іонними зв'язками. Для всіх гістонів характерна наявність спільного структурного мотиву, представленого трьома α-спіралями, об'єднаними двома петлями. У більшості клітин маса гістонів приблизно рівна масі ДНК, а їх кількість сягає близько 60 млн[2]. В еукаріотів гістони локалізуються в клітинному ядрі, в архей типу Euarchaeota — у цитоплазмі. У компактизації ДНК решти архей і бактерій можуть брати гістоноподібні білки, проте справжніх гістонів у них немає.

Білки-гістони були відкриті 1884 року Косселом у екстрактах ядер еритроцитів птахів. До 40-их років XX століття багато дослідників вважали саме їх носіями спадкової інформації[3].

Існує п'ять різних типів гістонів, а саме H1, H2A, H2B, H3 та H4. Послідовність амінокислот у цих білках мало відрізняється серед еукаріотів різного рівня організації. Найбільш консервативною вона є у гістонів H3 і H4: так з гістони H4 корови і горошку відрізняються тільки двома із 102 амінокислотних залишків, а людини і дріжджів — восьма, дещо більше різняться між видами еукаріот послідовності гістонів H1, H2A і H2B. Така консервативність їхньої структури свідчить про виняткову важливість для організму, а також про те, що майже кожен амінокислотний залишок у складі цих білки є функціонально важливим. Ця гіпотеза була перевірена на клітинах дріжджів, шляхом заміни нормальних генів гістонів на мутовані. З'ясувалось, що більшість змін в амінокислотній послідовності гістонів є летальною, а та невелика частка мутацій, які не були смертельними, однаково призводили до серйозних порушень експресії генів та інших аномалій[2].

Гістони не тільки забезпечують упакування ДНК, але й відіграють важливу роль у регуляції експресії генів, перебудові хроматину тощо. Кожен із них може бути субстратом для різноманітних модифікацій: метилювання, ацетилювання, АДФ-рибозилювання, фосфорилювання, глікозилювання, убіквітинування, сумолювання. Оскільки ці зміни впливають на заряд і форму гістонів, то призводять до зміни структури хроматину. Окрім того існують варіанти деяких гістонів, що відіграють особливу роль у метаболізмі ДНК.

Варіанти білків гістонів[ред.ред. код]

Окрім п'яти «канонічних» гістонів, існують також мінорні форми, що є видозмінами перших. Таких варіантів було найбільше виявлено для гістонів H2A і H3. Гени цих білків експресуються впродовж всього клітинного циклу, і вбудовуються у хроматин не залежно від процесу реплікації. Для цього потрібні спеціальні гістонові шаперони і комплекси ремоделювання хроматину. Варіанти гістонів можуть заміщувати бліки, яких бракує у нуклеосомах, або вбудовуватись у специфічні ділянки геному. Більшість із них, як і канонічні форми, є еволюційно консервативними, що вказує на незамінну роль у життєдіяльності клітин. Проте деякі варіанти, наприклад H2A-Bdb-подібні гістони, швидко еволюціонують і виконують тканино- і навіть клітино-специфічні функції у яєчках і мозку[4].

Приклади деяких варіатнів гістонів[ред.ред. код]

Гістон H2A.Z
Гістон H2A.Z знайдений у майже всіх еукаріот. Асоційований в основному із транскрипційно активними ділянками. Його функції до кінця не з'ясовані, ймовірно, що він бере участь у встановленні і підтриманні структури промотора, сприятливої для приєднання РНК-полімерази II[4]. Також існують дані про те, що наявність цього варіанту гістона у нуклеосомах перешкоджає їх взаємодії одна з одною, таким чином сприяючи більш відкритому стану хроматину[1].
Гістон H2A.X
Гістон H2A.X пов'язаний із репапрацією і рекомбінацією ДНК. Нестача цього білка у мишей має наслідком генетичну нестабільність і чоловічу безплідність. Невеликі кількості нуклеосом, що містять H2AX розкидані по всьому геному, якщо поблизу такої нуклеосоми стається двонитковий розрив ДНК, H2AX фосфорилюється по залишку Ser139, що розташований у SQ-мотиві на C-кінці. Остання подія необхідна для збирання апарату репарації у цьому місці[1][4]
Гістон MacroH2A
Гістон MacroH2A є варіантом H2A, що є специфічним тільки для хребетних тварин. Місить великий «макродомен» на C-кінці. Бере участь в інактивації X-хромосоми у гомогаметної статі[4].
Гістон H2A.Bdb
Гістон H2A.Bdb — варіант наявний тільки у людини, експресуюється у яєчках і головному мозку. Функції H2A.Bdb не з'ясовані[4].
Гістон H2A.Lap1
Гістон H2A.Lap1 — це мишача ізоформа H2A.Bdb, експресується у тих же органах. Відома роль цього варіанту у просторовій і часовій активації генів, специфічних для тканини яєчок[4].
Гістон H3.3
Гістон H3.3 — варіант гістону H3 і заміщує його в транскрипційно активних ділянках[4].
Гістон CenH3
Гістон CenH3 — варіант гістону H3 наявний у ділянках центромер. CenH3 — загальна назва, що позначає білки Cse4 у дріжджів, CENPA у людей і мишей, Cid у дрозофіли тощо. Цей гістон необхідний для збирання кінетохорів, до яких кріпляться нитки веретена поділу[4].

Модифікації білків-гістонів[ред.ред. код]

«Хвости» гістонів, тобто їх N-кінцеві послідовності, що виступають назовні нуклеосоми, можуть бути місцями різноманітних посттрансляційних модифікацій (ПТМ) — приєднання певних хімічних груп, таких як метильна, ацетильна, фосфатна, глікозильна, АДФ-рибозильна, а також білків убіквітину і SUMO. Ці зміни є оборотними, вони здійснюються специфічними строго регульованими ферментами і мають складні біологічні наслідки, що залежать не тільки від хімічної групи, яка приєднується, а й від її положення і загального контексту. Для гістонів були відкриті фактичні всі можливі ПТМ білків, і відкриття нових сайтів модифікації триває, проте біологічне значення не всіх цих змін доведене[4].

Джерела[ред.ред. код]

  1. а б в Nelson D.L., Cox M.M. (2008). Lehninger Principles of Biochemistry (вид. 5th). W. H. Freeman. с. 963. ISBN 978-0-7167-7108-1. 
  2. а б Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2007). Molecular Biology of the Cell (вид. 5th). Garland Science. с. 211—217. ISBN 978-0-8153-4105-5. 
  3. Olins D.E., Olins A.L. Chromatin history: our view from the bridge // Nature Reviews Molecular Cell Biology, 4 (October 2003) (10) С. 809—815. — DOI:10.1038/nrm1225. — PMID:14570061. Процитовано 13.07.2013.
  4. а б в г д е ж и к Luger K, Dechassa ML, Tremethick DJ New insights into nucleosome and chromatin structure: an ordered state or a disordered affair? // Nature Reviews Molecular Cell Biology, 7 (July 2012) (13) С. 436—47. — DOI:10.1038/nrm3382. — PMID:22722606.


Сахарин Це незавершена стаття з молекулярної біології.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.