Гістони

Гістони входять до складу клітинних ядер. Їх наявність є відмітною ознакою між одноклітинними організмами (бактеріями) та багатоклітинними організмами (людиною, тваринами чи рослинами). Дуже мало бактеріальних штамів має білки, схожі на гістони. Еволюція спричинила гістони для того, щоб вмістити дуже довгий ланцюг ДНК, також відомий як генетичний матеріал, краще та ефективніше в клітинах вищих живих істот. Оскільки, якби геном людини був би розмотаний, він би становив приблизно 1-2 м, залежно від стадії клітини, в якій знаходиться клітина.

Що таке гістони?

У більш високорозвинених живих істотах гістони зустрічаються в ядрах клітин і мають високу частку позитивно заряджених амінокислот (особливо лізину та аргініну). Гістонові білки поділяються на п’ять основних груп - H1, H2A, H2B, H3, H4. Послідовності амінокислот чотирьох груп H2A, H2B, H3 і H4 майже не відрізняються між різними живими істотами, в той час як для H1 є сполучним гістоном більше відмінностей. Що стосується ядерсодержащих еритроцитів птахів, H1 навіть повністю був замінений іншою основною групою гістонів, яка називається H5.

Велика схожість послідовностей у більшості білків гістону означає, що у більшості організмів «упаковка» ДНК відбувається однаково, і отримана тривимірна структура однаково ефективна для функції гістонів. В ході еволюції розвиток гістонів, мабуть, відбулося дуже рано і повинно зберігатися ще до появи ссавців чи людей.

Анатомія та структура

Як тільки в клітині утворюється новий ланцюг ДНК з окремих підстав (званих нуклеотидами), він повинен бути «упакований». Для цього дистонізують білки гістону, які потім утворюють два тетрамери. Нарешті, ядро ​​гістону складається з двох тетрамерів, октамеру гістону, навколо яких нитка ДНК загортається і частково проникає в неї. Тепер октамер гістону розташований у тривимірній структурі всередині скрученої ланцюга ДНК.

Вісім гістонових білків з ДНК навколо них утворюють весь комплекс нуклеосоми. Площа ДНК між двома нуклеосомами називається лінкерною ДНК і містить близько 20-80 нуклеотидів. Лінкерна ДНК відповідає за "входження" та "вихід" ДНК в октамер гістону. Таким чином, нуклеосома складається з приблизно 146 нуклеотидів, компонента ДНК-лінкера і восьми білків гістону, так що 146 нуклеотидів обертаються в 1,65 рази навколо октамера гістону.

Крім того, кожна нуклеосома пов'язана з молекулою Н1, так що точки входу і виходу ДНК утримуються разом з'єднувальним гістоном і збільшується компактність ДНК. Нуклеосома має діаметр близько 10-30 нм. Багато нуклеосом утворюють хроматин - довгу ланцюг ДНК-гістонів, що схожий на струн перлів під електронним мікроскопом. Нуклеосоми - це «перлини», які оточені або з'єднані струноподібною ДНК.

Ряд негістонових білків підтримує утворення окремих нуклеосом або всього хроматину, який в кінцевому підсумку формує окремі хромосоми, коли клітина ділиться. Хромосоми - це максимальний тип компресії хроматину, і їх можна розпізнати за допомогою світлової мікроскопії під час поділу ядра клітини.

Функція та завдання

Як було сказано вище, гістони є основними білками з позитивним зарядом, тому вони взаємодіють з негативно зарядженою ДНК через електростатичне притягання. ДНК "обгортається" навколо октамерів гістону, щоб ДНК стала більш компактною і вписувалася в ядро ​​кожної клітини. H1 має функцію стиснення хроматинової структури вищого рівня і переважно запобігає транскрипції і, таким чином, трансляції, тобто перекладу цієї частини ДНК у білки через мРНК.

Залежно від того, "клітина" перебуває в спокої (інтерфаза) або ділиться, хроматин менш або більше сильно конденсується, тобто упаковується. У інтерфазі великі частини хроматину менше конденсуються і тому можуть бути транскрибовані в мРНК, тобто читати і пізніше переводити на білки. Гістони регулюють генну активність окремих генів у їх околицях і дозволяють транскрипцію та створення ниток мРНК.

Коли клітина починає ділитися, ДНК не переводиться на білки, а розподіляється рівномірно між двома створеними дочірніми клітинами. Тому хроматин сильно конденсується і додатково стабілізується гістонами. Хромосоми стають видимими і можуть розповсюджуватися до новоявлених клітин за допомогою багатьох інших негістонових білків.

Хвороби

Гістони мають важливе значення у створенні нової живої істоти. Якщо через мутації в генах гістону один або кілька білків гістону не можуть утворитися, цей організм не є життєздатним і подальший розвиток припиняється передчасно. В основному це пов'язано з високою збереженістю послідовностей гістонів.

Однак уже деякий час відомо, що мутації в різних гістонових генах пухлинних клітин можуть відбуватися у дітей та дорослих з різними злоякісними пухлинами мозку. Мутації генів гістону були описані особливо в так званих гліомах. У цих пухлин також були виявлені витягнуті хромосомні хвости. Ці кінцеві ділянки хромосом, які називаються теломерами, як правило, відповідають за довговічність хромосом. У цьому контексті виявляється, що подовжені теломери в пухлинах з мутонами гістону дають цим виродженим клітинам перевагу в виживанні.

Тим часом відомі інші види раку, які мають мутації в різних гестонах гестону і, таким чином, продукують мутовані білки гістону, які не виконують або лише погано виконують свої регуляторні завдання. Ці дані в даний час використовуються для розробки форм терапії особливо злоякісних та агресивних пухлин.