histones

histones ovat osa solun ytimiä. Niiden esiintyminen erottaa yksisoluiset organismit (bakteerit) ja monisoluiset organismit (ihmiset, eläimet tai kasvit). Hyvin harvoilla bakteerikannoilla on proteiineja, jotka ovat samanlaisia ​​kuin histonit. Evoluutio on tuottanut histoneja mukautuakseen hyvin pitkään DNA-ketjuun, joka tunnetaan myös geneettisenä materiaalina, paremmin ja tehokkaammin korkeampien elävien olentojen soluissa. Koska jos ihmisen genomi purkautuisi, se olisi noin 1-2 m pitkä, riippuen siitä solun vaiheesta, jossa solu on.

Mitä ovat histonit?

Kehittyneemmissä elävissä asioissa histoneja esiintyy solutuumissa ja niissä on suuri osuus positiivisesti varautuneita aminohappoja (erityisesti lysiiniä ja arginiinia). Histoniproteiinit jaetaan viiteen pääryhmään - H1, H2A, H2B, H3 ja H4. Neljän ryhmän H2A, H2B, H3 ja H4 aminohapposekvenssit eroavat tuskin eri elävien olentojen välillä, kun taas yhdistävän histonin H1: llä on enemmän eroja. Lintujen tumua sisältävissä punasoluissa H1 on jopa kokonaan korvattu toisella päähistogeeniryhmällä, nimeltään H5.

Sekvenssien suuri samankaltaisuus useimmissa histoniproteiineissa tarkoittaa, että useimmissa organismeissa DNA: n "pakkaaminen" tapahtuu samalla tavalla ja tuloksena oleva kolmiulotteinen rakenne on yhtä tehokas histonien toiminnalle. Evoluution aikana histonien kehityksen on oltava tapahtunut hyvin varhaisessa vaiheessa, ja sen on oltava ylläpidetty jo ennen nisäkkäiden tai ihmisten syntymistä.

Anatomia ja rakenne

Heti kun uusi DNA-ketju muodostuu solun yksittäisistä emäksistä (kutsutaan nukleotideiksi), se on "pakattava". Tätä tarkoitusta varten histoniproteiinit dimeroituvat, jotka sitten muodostavat kumpikin kaksi tetrameeriä. Lopuksi histonin ydin koostuu kahdesta tetrameeristä, histonioktameerista, jonka ympärille DNA-juoste on kääritty ja tunkeutuu osittain. Histonioktameeri sijaitsee siten kolmiulotteisessa rakenteessa kierretyn DNA-juosteen sisällä.

Kahdeksan histoniproteiinia, joiden ympärillä oleva DNA on, muodostavat nukleosomin koko kompleksin. Kahden nukleosomin välistä DNA-aluetta kutsutaan linkkeri-DNA: ksi, ja se käsittää noin 20-80 nukleotidia. Linker-DNA on vastuussa DNA: n "sisääntulosta" ja "poistumisesta" histonioktameerille. Nukleosomi koostuu siten noin 146 nukleotidistä, linkkeri-DNA-osasta ja kahdeksasta histoniproteiinista siten, että 146 nukleotidia kiertyvät 1,65 kertaa histonin oktaameerin ympärille.

Lisäksi kukin nukleosomi liittyy H1-molekyyliin, niin että yhdistävä histoni pitää DNA: n tulo- ja poistumispisteitä yhdessä ja DNA: n tiiviys kasvaa. Nukleosomin halkaisija on noin 10-30 nm. Monet nukleosomit muodostavat kromatiinin, pitkän DNA-histoniketjun, joka näyttää helminauhalla elektronimikroskoopin alla. Nukleosomit ovat "helmiä", jotka ympäröivät tai yhdistävät juostemainen DNA.

Useat ei-histoniproteiinit tukevat yksittäisten nukleosomien tai koko kromatiinin muodostumista, mikä lopulta muodostaa yksittäiset kromosomit, jos solun on tarkoitus jakaa. Kromosomit ovat kromatiinin maksimaalinen puristustyyppi, ja ne voidaan tunnistaa valomikroskopialla solun ytimen jakamisen aikana.

Toiminto ja tehtävät

Kuten edellä mainittiin, histonit ovat emäksisiä proteiineja, joilla on positiivinen varaus, joten ne ovat vuorovaikutuksessa negatiivisesti varautuneen DNA: n kanssa staattisen vetovoiman kautta. DNA "kietoutuu" histonioktameerien ympärille niin, että DNA tiivistyy ja sopii kunkin solun ytimeen. Hi: llä on tehtävä kompressoida korkeamman tason kromatiinirakennetta ja enimmäkseen estää transkription ja siten translaation, ts. Tämän DNA-osan translaation proteiineiksi mRNA: n kautta.

Kromatiini on kondensoitunut vähemmän tai voimakkaammin, ts. Pakattu riippuen siitä, solu "lepää" (vaihtuu) tai jakautuneena. Interfaasissa suuret osat kromatiinista ovat vähemmän kondensoituneita ja siksi ne voidaan transkriptoida mRNA: ksi, ts. Lukea ja muuntaa myöhemmin proteiineiksi. Histonit säätelevät lähellä olevien yksittäisten geenien aktiivisuutta ja sallivat transkription ja mRNA-juosteiden luomisen.

Kun solu alkaa jakaa, DNA ei siirry proteiineihin, vaan jakautuu tasaisesti kahden luodun tytärsolun kesken. Kromatiini on siksi kondensoitunut voimakkaasti ja stabiloinut lisäksi histoneilla. Kromosomit tulevat näkyviksi ja voidaan jakaa uusille soluille monien muiden ei-histoniproteiinien avulla.

sairaudet

Histonit ovat välttämättömiä uuden elävän olennon luomisessa. Jos histonigeenien mutaatioiden vuoksi yhtä tai useampaa histoniproteiinista ei voida muodostaa, tämä organismi ei ole elinkelpoinen ja jatkokehitys lopetetaan ennenaikaisesti. Tämä johtuu pääasiassa histonien korkeasta sekvenssisäilytyksestä.

Jo jonkin aikaa on kuitenkin ollut tiedossa, että lapsilla ja aikuisilla, joilla on erilaisia ​​pahanlaatuisia aivokasvaimia, mutaatioita voi tapahtua tuumorisolujen erilaisissa histonigeeneissä. Histonigeenien mutaatiot on kuvattu ennen kaikkea ns. Glioomissa. Näissä kasvaimissa on löydetty myös pitkänomaisia ​​kromosomihäntäjä. Nämä kromosomien päätyosat, nimeltään telomeerit, vastaavat yleensä kromosomien pitkäikäisyydestä. Tässä yhteydessä näyttää siltä, ​​että pitkänomaiset telomeerit kasvaimissa, joissa on histonimutaatio, antavat näille rappeutuneille soluille selviytymisedun.

Sillä välin tunnetaan muita syöpätyyppejä, joilla on mutaatioita erilaisissa histonigeeneissä ja tuottavat siten mutatoituneita histoniproteiineja, jotka eivät suorita tai vain huonosti hoitavat säätelytehtäviään. Näitä löydöksiä käytetään tällä hetkellä kehitettäessä hoitomuotoja erityisen pahanlaatuisiin ja aggressiivisiin kasvaimiin.