Histoni

Histoni so del celičnih jeder. Njihova prisotnost je razlikovalna značilnost med enoceličnimi organizmi (bakterije) in večceličnimi organizmi (ljudje, živali ali rastline). Zelo malo bakterijskih sevov ima beljakovine, ki so podobne histonom. Evolucija je prinesla histone, da bi lahko v celice višjih živih bitij sprejela zelo dolgo verigo DNK, znano tudi kot genetski material. Ker če bi človeški genom odvili, bi bil dolg približno 1-2 m, odvisno od stopnje celice, v kateri je celica.

Kaj so histoni?

V bolj razvitih živih stvareh se histoni pojavljajo v celičnih jedrih in imajo visok delež pozitivno nabitih aminokislin (zlasti lizina in arginina). Histonske beljakovine delimo v pet glavnih skupin - H1, H2A, H2B, H3 in H4. Zaporedja aminokislin štirih skupin H2A, H2B, H3 in H4 se med različnimi živimi bitji skoraj ne razlikujejo, medtem ko je za H1, ki povezuje histon, več razlik. V primeru rdečih krvnih celic ptic, ki vsebujejo jedro, je H1 celo v celoti nadomestila druga glavna skupina histonov, imenovana H5.

Velika podobnost sekvenc v večini histonskih beljakovin pomeni, da se pri večini organizmov "embalaža" DNK dogaja na enak način in nastala tridimenzionalna struktura je enako učinkovita za delovanje histonov. Med evolucijo se je razvoj histonov moral zgoditi zelo zgodaj in ga je bilo treba vzdrževati, še preden so se pojavili sesalci ali ljudje.

Anatomija in struktura

Takoj, ko se v celici oblikuje nova veriga DNK iz posameznih baz (imenovanih nukleotidi), jo je treba "zapakirati". Zaradi tega se histonski proteini dimerizirajo, ki nato tvorijo dva tetramera. Na koncu je histonsko jedro sestavljeno iz dveh tetramerov, histonskega oktamerja, okoli katerih se veriga DNA ovije in delno prodre vanjo. Histonski oktamer se zdaj nahaja v tridimenzionalni strukturi znotraj zasukanega verige DNA.

Osem proteinov histona z DNK okoli njih tvori celoten kompleks nukleosoma. Področje DNK med dvema nukleozoma se imenuje povezovalna DNK in obsega okoli 20-80 nukleotidov. Linker DNA je odgovoren za "vstop" in "izstop" DNA v histonski oktamer. Tako nukleozom obsega približno 146 nukleotidov, povezovalne komponente DNA in osem proteinov histona, tako da se 146 nukleotidov ovije 1,65 krat okoli histonskega oktamerja.

Poleg tega je vsak nukleosom povezan z molekulo H1, tako da vhodne in izstopne točke DNK držijo povezovalni histon, kompaktnost DNK pa se poveča. Nukleosom ima premer okoli 10-30 nm. Številni nukleosomi tvorijo kromatin, dolgo verigo DNA-histona, ki je podobna nizu biserov pod elektronskim mikroskopom. Nukleozomi so "biseri", ki so obdani ali povezani z vrvico podobno DNK.

Številni proteini, ki niso histonski, podpirajo nastanek posameznih nukleozomov ali celotnega kromatina, kar na koncu tvori posamezne kromosome, ko se celica deli. Kromosomi so največja vrsta stiskanja kromatina in jih je mogoče prepoznati s svetlobno mikroskopijo med delitvijo jeder v celici.

Funkcija in naloge

Kot že omenjeno, so histoni osnovni proteini s pozitivnim nabojem, zato z elektrostatično privlačnostjo komunicirajo z negativno nabitim DNK. DNK se "ovije" okoli histonskih oktamerov, tako da postane DNK bolj kompakten in se prilega jedru vsake celice. H1 ima funkcijo stiskanja kromatinske strukture višjega nivoja in večinoma preprečuje transkripcijo in s tem translacijo, to je prevajanje tega dela DNK v beljakovine preko mRNA.

Odvisno od tega, ali celica "počiva" (medfazno) ali se deli, je kromatin manj ali bolj močno kondenziran, to je pakiran. V interfazi so veliki deli kromatina manj kondenzirani in jih je zato mogoče prepisati v mRNA, torej prebrati in kasneje prevesti v beljakovine. Histoni uravnavajo gensko aktivnost posameznih genov v njihovi bližini in omogočajo prepisovanje in ustvarjanje pramenov mRNA.

Ko se celica začne deliti, se DNK ne prevede v beljakovine, ampak se enakomerno porazdeli med dve ustvarjeni hčerinski celici. Kromatin je torej močno kondenziran in dodatno stabiliziran s histoni. Kromosomi postanejo vidni in se lahko razdelijo na novo nastajajoče celice s pomočjo številnih drugih nehistonskih proteinov.

Bolezni

Histoni so bistveni pri ustvarjanju novega živega bitja. Če zaradi mutacij v histonskih genih ni mogoče tvoriti enega ali več proteinov histona, ta organizem ni zmožen preživeti in nadaljnji razvoj se predčasno ustavi. To je predvsem posledica visoke ohranjenosti zaporedja histonov.

Vendar je že nekaj časa znano, da se mutacije v različnih histonskih genih tumorskih celic lahko pojavijo pri otrocih in odraslih z različnimi malignimi možganskimi tumorji. Mutacije histonskih genov so bile opisane zlasti pri tako imenovanih gliomih. Pri teh tumorjih so odkrili tudi podolgovate kromosomske repove. Ti končni odseki kromosomov, imenovani telomeri, so običajno odgovorni za dolgo življenjsko dobo kromosomov. V tem kontekstu se zdi, da podolgovati telomeri v tumorjih s histonskimi mutacijami dajejo tem degeneriranim celicam prednost preživetja.

Medtem so znane tudi druge vrste raka, ki imajo mutacije v različnih histonskih genih in tako proizvajajo mutirane proteine ​​histona, ki ne izvajajo ali le slabo opravljajo svoje regulativne naloge. Te ugotovitve se trenutno uporabljajo za razvoj oblik terapije za posebej maligne in agresivne tumorje.