Caratteristiche, struttura, tipi e funzioni degli istoni

IL istoni Sono proteine ​​di base che interagiscono con il DNA per la formazione di nucleosomi, che costituiscono i fili di cromatina costituenti di cromosomi negli organismi eucariotici.

I nucleosomi, complessi formati da DNA e proteine, sono stati scoperti nel 1974 ed è gli istoni che assemblano questo livello basale di organizzazione della cromatina. Tuttavia, l'esistenza di proteine ​​dell'istone è nota da prima degli anni '60.

Rappresentazione grafica di un nucleosoma con un centro octumrico di istoni e DNA iscritti attorno a esso (fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute [Public Domain] tramite Wikimedia Commons) tramite Wikimede Commons)

Gli istoni sono organizzati in modo tale che il DNA a doppia banda sia arrotolato attorno a un centro proteico composto da queste proteine ​​che interagiscono a stretto contatto tra loro. Il centro istone ha un disco e il DNA dà più o meno 1.7 gira.

I ponti di idrogeno multipli consentono l'unione del DNA al centro proteico formato dagli istoni in ciascun nucleosoma. Questi collegamenti sono per lo più formati tra gli scheletri di aminoacidi degli istoni e lo scheletro di zucchero-fosfato del DNA. Partecipano anche alcune interazioni idrofobiche e legami ionici.

Le proteine ​​note come "complessi di rimodellamento della cromatina" sono responsabili della rottura e della formazione di legami sindacali tra DNA e istoni, consentendo l'ingresso del macchinario trascrizionale al DNA contenuto nei nucleosomi.

Nonostante la vicinanza degli acidi nucleici con il centro proteico formato dagli istoni, questi sono disposti in modo tale che, se necessario, consentono l'ingresso di fattori di trascrizione e altre proteine ​​correlate all'espressione o al silenziamento genetico.

Le istoniche possono subire varie modifiche che generano più varianti, rendendo possibile l'esistenza di molte diverse forme di cromatina che hanno la proprietà della modulazione dell'espressione genetica in modi diversi.

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Caratteristiche

Sono delle proteine ​​eucariote più conservate in natura. È stato dimostrato, ad esempio, che Histona H4 del PEA differisce in sole due delle 102 posizioni di aminoacidi della proteina della mucca H4.

Le istoni sono proteine ​​relativamente piccole, con non più di 140 aminoacidi. Sono ricchi di rifiuti di aminoacidi di base, quindi hanno un carico netto positivo, che contribuisce alla loro interazione con l'acido nucleico, il carico negativo, per formare nucleosomi.

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Sono noti nucleosomiali e istoni dell'Unione o del ponte. Gli istoni nucleosomiali sono H3, H4, H2A e H2B, mentre gli istoni sindacali appartengono alla famiglia H1 Histonas.

Durante l'assemblaggio del nucleosoma, dimeri specifici H3-H4 e H2A-H2B. Due dímeros H3-H4 in seguito si uniscono per formare tetrameri che vengono successivamente combinati con diametri H2A-H2B, formando il centro octumric.

Tutti gli istoni sono principalmente sintetizzati durante la fase S del ciclo cellulare e i nucleosomi sono assemblati nelle eliche del DNA subacquee, subito dopo la forcella di replica.

Struttura

La struttura generale degli istoni comprende una regione di aminoacidi di base e una regione carbossilica globulare altamente conservata tra gli organismi eucariotici.

Un motivo strutturale noto come "Fold Histonas", composto da tre eliche alfa collegate da due forcelle e che costituiscono un piccolo centro idrofobico, è responsabile delle interazioni proteina-proteina tra istoni che formano il nucleosoma.

È questa piega dell'istone che forma il dominio carbossilico globulare di queste proteine ​​nucleosomiche in tutti gli eucarioti.

Le istoniche hanno anche piccole "code" o regioni amino-termminali e altre terminale carbossil-terminale (accessibile alla proteasi), non più di 40 aminoacidi di lunghezza. Entrambe le regioni sono ricche di aminoacidi di base che possono subire più modifiche covalenti post -ct -ect.

Istoni sindacali

Negli eucarioti ci sono due famiglie di istoni sindacali, differenziate l'una dall'altra dalla loro struttura. Alcuni hanno una struttura tripartita, con il dominio globulare descritto sopra affiancato dai domini "non strutturati" di N e C-C; mentre altri hanno solo un dominio C-terminale.

Sebbene la maggior parte degli istoni sia preservata, durante l'embriogenesi o la maturazione di cellule specializzate in alcuni organismi possono sorgere alcune varianti specifiche. Alcune variazioni strutturali hanno a che fare con modifiche post -traduzionali come quelle che seguono:

-Fosforilazione: Si pensa che sia correlato alla modifica del grado di condensazione della cromatina ed è comunemente somministrato nei rifiuti di serina.

-Acetilazione: associati a regioni cromosomiche che sono trascrittivamente attive. Di solito si verifica nelle catene laterali dei rifiuti di lisina. Quando si verifica su questi rifiuti, il loro carico positivo diminuisce, riducendo così l'affinità delle proteine ​​dal DNA.

-Metilazione: Può verificarsi come mono- o trivilazione di residui di lisina che si distinguono dal nucleo proteico.

Gli enzimi specifici sono responsabili di apportare queste modifiche covalenti negli istoni. Questi enzimi includono i complessi istone-acetil transfrassasi (cappelli), i complessi dell'istone-deacetile (HDAC) e l'istone-metiltransferaese e la demetilasi.

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Ragazzi

La caratterizzazione degli istoni è stata effettuata da varie tecniche biochimiche, tra le quali le cromatografie che si basano su resine di scambio cationico deboli si distinguono.

Alcuni autori stabiliscono una forma di classificazione in cui 5 tipi principali di istoni si distinguono negli eucarioti: FI, con 21 proteine ​​KDa; F2A1 o IVF, circa 11.3 kDA; F2a2 o fiibi, 14.5 kDA; F2b o fiib2, con un peso molecolare di 13.7 kDa e f3 o fiii, 15.3 kDa.

Tutti questi tipi di istoni, ad eccezione del gruppo FI, si trovano in quantità equimolari nelle cellule.

Un'altra classificazione, con la stessa validità e forse la più utilizzata oggi, propone l'esistenza di due diversi tipi di istoni, vale a dire: quelli che fanno parte del nucleosoma ottametro e gli istoni dell'Unione o del ponte, che si uniscono ai nucleosomi tra sì.

Alcune varianti possono verificarsi anche tra le specie e, a differenza degli istoni del nucleo, le varianti vengono sintetizzate durante l'interfaccia e sono inserite nella cromatina preformata attraverso un processo dipendente dall'energia rilasciata dall'idrolisi ATP.

Istoni nucleosomiali

Il centro di un nucleosoma è costituito da un paio di ciascuno dei quattro istoni costituenti: H2A, H2B, H3 e H4; su cui sono avvolti segmenti di DNA di circa 145 coppie di basi.

Gli istoni H4 e H2B sono, in linea di principio, invariabili. Alcune variazioni sono evidenti, tuttavia, negli istoni H3 e H2A, le cui proprietà biofisiche e biochimiche alterano la natura normale del nucleosoma.

Una variante di H2A Histon nell'uomo, proteina H2A.Z ha una grande regione acida e può favorire la stabilità del nucleosoma a seconda delle varianti dell'H3 H3 con cui è associato.

Questi istoni mostrano una certa variabilità tra le specie, essendo un caso speciale di Histona H2B, per il quale il primo terzo della molecola è altamente variabile.

Istoni sindacali

Gli istoni dell'Unione o del ponte sono gli istoni di H1. Questi sono responsabili dell'Unione tra i nucleosomi e la protezione del DNA che si distingue all'inizio e alla fine di ogni particella.

A differenza degli istoni nucleosomiali, non tutti gli istoni H1 hanno la regione globulare dell'istone "piega". Queste proteine ​​si legano al DNA tra i nucleosomi, facilitando un cambiamento nell'equilibrio della cromatina verso uno stato più condensato e meno attivo, parlando trascrizionalmente.

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Gli studi hanno correlato questi istoni all'invecchiamento, la riparazione del DNA e i processi apoptotici, quindi si pensa che abbiano un ruolo cruciale nel mantenimento dell'integrità genomica.

Funzioni

Tutti gli sprechi di aminoacidi degli istoni partecipano, in un modo o nell'altro, nella loro interazione con il DNA, il che spiega il fatto che sono così conservati tra i regni degli organismi eucariotici.

La partecipazione degli istoni nell'imballaggio del DNA nella cromatina è di grande rilevanza per gli organismi multicellulari complessi in cui diversi lignaggi cellulari possono specializzarsi solo modificando l'accessibilità dei loro geni in macchinari trascrittivi.

Le regioni genomiche trascrizionalmente attive sono dense nei nucleosomi, il che suggerisce che l'associazione del DNA con le proteine ​​dell'istone è cruciale per la regolazione negativa o positiva della sua trascrizione.

Allo stesso modo, per tutta la vita di una cellula, la risposta a un gran numero di stimoli, sia interni che esterni, dipende da piccoli cambiamenti nella cromatina, che normalmente hanno a che fare con il rimodellamento e la modifica post -traduzionale degli istoni trovati in stretta relazione con DNA.

Variabili multiple di istoni esercitano diverse funzioni negli eucarioti. Uno di questi ha a che fare con la partecipazione di una variante dell'istone H3 nella formazione di strutture centromeriche responsabili della segregazione dei cromosomi durante la mitosi.

È stato dimostrato che la controparte di questa proteina in altri eucarioti è essenziale per l'assemblaggio della kretchor proteica.

Riferimenti

1. Alberts, b., Johnson, a., Lewis, J., Morgan, d., Raff, m., Roberts, k., & Walter, P. (2015). Biologia della cellula molecolare (6 ° ed.). New York: Garland Science.
2. Campos, e. Yo., & Reinberg, D. (2009). Histons: annotare la cromatina. Annu. Rev. Genet., 43, 559-599.
3. Harvey, a. C., & Downs, J. A. (2004). Quali funzioni forniscono gli histon di linker? Microbiologia molecolare, 53, 771-775.
4. Henikoff, s., & Ahmad, K. (2005). Assemblaggio di istoni varianti in cromatina. Annu. Rev. Cellula. Dev. Biolo., ventuno, 133-153.
5. Isenberg, i. (1979). Histons. Annu. Rev. Biochimico., 48, 159-191.
6. Kornberg, r. D., & Thomas, J. O. (1974). Struttura della cromatina: oligomeri degli istoni. Scienza, 184(4139), 865-868.
7. Smith, e., Dilangia, r., & Bonner, J. (1970). Chimica e biologia degli istoni. Recensioni fisiologiche, cinquanta(2), 159-170.