هيستون: الخصائص والبنية والأنواع والوظائف

هيستون هي بروتينات أساسية تتفاعل مع الحمض النووي لتشكيل النيوكليوسومات ، التي تشكل خيوط مكونات الكروموسومات في الكروموسومات في الكائنات حقيقية النواة.

تم اكتشاف النيوكليوزومات ، وهي مجمعات مكونة من الحمض النووي والبروتينات ، في عام 1974 وهي هيستون التي تجمع هذا المستوى القاعدي لتنظيم الكروماتين. ومع ذلك ، فإن وجود بروتينات هيستون معروف منذ ما قبل الستينيات.

يتم تنظيم الهستونات بطريقة تلتف الفرقة المزدوجة للحمض النووي حول مركز بروتيني يتكون من هذه البروتينات التي تتفاعل بشكل وثيق مع بعضها البعض. يحتوي مركز هيستون على شكل قرص ويقدم الحمض النووي حوالي 1.7 دورة حوله.

تسمح روابط الهيدروجين المتعددة بربط الحمض النووي (DNA) بمركز البروتين الذي يتكون من هيستون في كل نواة. تتشكل هذه الروابط ، في الغالب ، بين الهياكل العظمية للأحماض الأمينية في الهستونات والعمود الفقري لسكر الحمض النووي من الحمض النووي. كما تشارك بعض التفاعلات اللا مسامية والروابط الأيونية.

البروتينات المعروفة باسم "مجمعات إعادة تشكيل الكروماتين" هي المسؤولة عن انهيار وتكوين روابط الربط بين الحمض النووي والهيستونات ، مما يسمح بدخول آلية النسخ إلى الحمض النووي الموجود في النيكلوزومات.

على الرغم من قرب الأحماض النووية من مركز البروتين الذي تشكله الهيستونات ، يتم ترتيبها بطريقة تسمح ، عند الضرورة ، بإدخال عوامل النسخ والبروتينات الأخرى المرتبطة بالتعبير أو إسكات الجينات. .

يمكن أن تخضع الهستونات لتعديلات مختلفة تولِّد أشكالًا متعددة ، مما يجعل وجود أشكال عديدة مختلفة من الكروماتين له خاصية تعديل التعبير الجيني بطرق مختلفة.

ملامح

هم البروتينات الأكثر حقيقية النواة في الطبيعة. لقد ثبت ، على سبيل المثال ، أن هيستون H4 من البازلاء يختلف في اثنين فقط من مواقع الحمض الأميني الـ 102 لبروتين H4 البقري.

هيستون هي بروتينات صغيرة نسبيا ، مع ما لا يزيد عن 140 من الأحماض الأمينية. فهي غنية ببقايا الأحماض الأمينية الأساسية ، لذا فهي تتمتع بشحنة صافية موجبة ، مما يساهم في تفاعلها مع الحمض النووي ، المشحون سالبًا ، لتكوين النيوكليوسومات.

هيستون هيستون numleosomal و junctional أو سد. هيستون هيستون N3 ، H4 ، H2A و H2B ، في حين تنتمي هيستون الوصلات إلى عائلة هيستون H1.

أثناء تجميع النواة ، تتشكل مبدلات محددة H3-H4 و H2A-H2B في البداية. يتم بعد ذلك ضم ثنائيات H3-H4 لتشكيل رباعيات والتي يتم دمجها لاحقًا مع ثنائيات H2A-H2B ، والتي تشكل مركز الثمانينات.

يتم تصنيع جميع الهستونات بشكل رئيسي خلال المرحلة S من دورة الخلية ، ويتم تجميع النيوكليوزومات في فتحات الحمض النووي الوليدة ، بعد شوكة النسخ المتماثل مباشرةً.

هيكل

يشمل التركيب العام للهستونات منطقة الحمض الأميني الأساسي ومنطقة الكربوكسيل الكروية المحفوظة بشدة بين الكائنات حقيقية النواة.

يعد الشكل البنيوي المعروف باسم "هيستون هيون" ، المكون من ثلاثة حلزونات ألفا متصلة بصالتين للشعر وتشكل مركزًا صغيرًا مسعورًا للماء ، مسؤولًا عن تفاعلات البروتين البروتيني بين الهيستونات التي تشكل النواة.

هذا الطي من الهستونات هو الذي يشكل مجال الكربوكسيل الكروي للبروتينات النيوكليزية المذكورة في جميع حقيقيات النوى.

تحتوي الهستونات أيضًا على "ذيول" صغيرة أو مناطق أمينية طرفية ومناطق أخرى من الكربوكسيل (يمكن الوصول إليها من البروتياز) لا يزيد طولها عن 40 من الأحماض الأمينية. كلتا المنطقتين غنيتان بالأحماض الأمينية الأساسية التي يمكن أن تخضع لتعديلات تساهمية متعددة بعد التحويل.

هيستون الاتحاد

في حقيقيات النوى هناك نوعان من عائلات هيستون الوصلة ، متباينة من حيث بنيتها. لدى بعضها بنية ثلاثية ، مع المجال الكروي الموصوف أعلاه محاطًا بالمجالات "غير المهيكلة" N-و C ؛ في حين أن الآخرين لديهم فقط مجال C- محطة.

على الرغم من أن معظم الهستونات محفوظة ، إلا أن بعض المتغيرات المحددة قد تنشأ أثناء عملية التطور الجنيني أو نضوج الخلايا المتخصصة في بعض الكائنات الحية. تتعلق بعض الاختلافات الهيكلية بالتعديلات اللاحقة للترجمة مثل ما يلي:

- الفسفرة : يعتقد أن لها علاقة بتعديل درجة تكثيف الكروماتين وتوجد عادة في بقايا سيرين.

- الأسيتيل : يرتبط بمناطق الكروموسومات النشطة بشكل نسبي. يحدث عادة في السلاسل الجانبية لمخلفات الليسين. عند حدوث هذه المخلفات ، تقل الشحنة الموجبة ، مما يقلل تقارب البروتينات مع الحمض النووي.

- الميثيل : يمكن أن يحدث في صورة مخلفات أحادية أو ثنائية أو ثلاثية لمخلفات ليسين بارزة من قلب البروتين.

إنزيمات محددة هي المسؤولة عن إجراء هذه التعديلات التساهمية في هيستون. تتضمن هذه الإنزيمات نقلات الأسيتيل هيستون ، ومجمعات هيستون ديستيلاز (HDACs) ، ونُقلات هيستون - ميثيل وترانزميدات الميثيل.

نوع

تم تنفيذ توصيف هيستون بواسطة العديد من التقنيات الكيميائية الحيوية ، من بينها التحليل اللوني على أساس راتنجات التبادل الكاتيوني الضعيفة.

يضع بعض المؤلفين طريقة تصنيف حيث يتم تمييز 5 أنواع رئيسية من الهستونات في حقيقيات النوى: FI ، مع 21 بروتينات kDa ؛ F2A1 أو FIV ، زائد أو ناقص 11.3 كيلو دالتون ؛ F2A2 أو FIIbI ، 14.5 كيلو دالتون ؛ F2B أو FIIb2 ، مع وزن جزيئي قدره 13.7 كيلو دالتون ، و F3 أو FIII ، من 15.3 كيلو دالتون.

كل هذه الأنواع من الهستونات ، باستثناء مجموعة FI ، توجد بكميات متساوية في الخلايا.

هناك تصنيف آخر ، له نفس الصلاحية وربما الأكثر استخدامًا في الوقت الحالي ، يقترح وجود نوعين مختلفين من الهستونات ، وهما: تلك التي تشكل جزءًا من مثمن النوكليوزوم وتقاطع الهستونات أو الجسور ، اللتين تربطان النوكليوميات بين نعم.

قد تحدث بعض المتغيرات أيضًا بين الأنواع ، وعلى عكس هيستون النواة ، يتم تصنيع المتغيرات أثناء الواجهة ويتم إدخالها في الكروماتين المشكل مسبقًا من خلال عملية تعتمد على الطاقة المنبعثة من التحلل المائي للـ ATP.

هيستون النواة

يتكون مركز النواة من زوج من كل الهستونات الأربعة المكونة: H2a ، H2b ، H3 و H4 ؛ التي قطعت فيها الحمض النووي من حوالي 145 زوجا قاعدة.

هيستون H4 و H2B ، من حيث المبدأ ، ثابت. ومع ذلك ، فإن بعض الاختلافات واضحة في الهيستونات H3 و H2A ، التي تغير خصائصها الفيزيائية الحيوية والكيمياء الحيوية الطبيعة الطبيعية للنواة.

يحتوي البروتين H2A.Z على متغير الحمض النووي ، وهو متغير من هيستون H2A في البشر ، ويمكنه أن يعزز استقرار النوكليوزوم وفقًا لمتغيرات هيستون H3 المرتبطة به.

تُظهر هذه الهيستونات بعض التباين بين الأنواع ، كونها حالة خاصة من هيستون H2B ، حيث يكون الثلث الأول من الجزيء شديد التباين.

هيستون الاتحاد

هيستون هي تقاطع الجسر أو هيستون من الفئة H1. هذه هي المسؤولة عن الاتحاد بين النيكلوزومات وحماية الحمض النووي التي تبرز في بداية ونهاية كل الجسيمات.

على عكس الهستونات النيوكليوزومية ، ليست كل الهستونات من النمط H1 تمتلك المنطقة الكروية لـ "أضعاف" الهستونات. ترتبط هذه البروتينات بالحمض النووي بين النيوكليوسومات ، مما يسهل التغيير في توازن الكروماتين إلى حالة أكثر تكثيفًا وأقل نشاطًا ، من خلال النسخ المكتوبة.

لقد ربطت الدراسات بين هذه الهيستونات والشيخوخة ، وإصلاح الحمض النووي والعمليات الانتحارية ، لذلك يعتقد أن لها دورًا مهمًا في الحفاظ على السلامة الجينية.

وظائف

تشارك جميع بقايا الأحماض الأمينية في الهستونات ، بطريقة أو بأخرى ، في تفاعلها مع الحمض النووي ، مما يفسر حقيقة أنها محفوظة للغاية بين ممالك الكائنات حقيقية النواة.

تعد مشاركة الهيستونات في عبوات الحمض النووي في شكل كروماتين ذات أهمية كبيرة للكائنات الحية المعقدة متعددة الخلايا التي لا يمكن أن تتخصص فيها سلالات الخلايا المختلفة إلا عن طريق تغيير إمكانية الوصول إلى جيناتها إلى آلية النسخ.

المناطق الجينومية النشطة نسبيًا كثيفة في النكليوزومات ، مما يوحي بأن ارتباط الحمض النووي مع بروتينات هيستون أمر ضروري للتنظيم السلبي أو الإيجابي لنسخها.

وبالمثل ، تتوقف الاستجابة لعدد كبير من المحفزات ، طوال الحياة للخلية ، على الصعيدين الداخلي والخارجي ، على التغييرات الطفيفة في الكروماتين ، والتي تتعلق عادة بإعادة عرض ما بعد الترجمة وتعديل الهستونات الموجودة في علاقة وثيقة مع الحمض النووي.

متغيرات هيستون متعددة تمارس وظائف مختلفة في حقيقيات النوى. واحد منهم له علاقة بمشاركة متغير من هيستون H3 في تشكيل الهياكل المركزية المسؤولة عن فصل الكروموسومات أثناء الانقسام.

لقد ثبت أن نظير هذا البروتين في حقيقيات النوى الأخرى ضروري لتجميع الحركية البروتينية التي ترتبط بها الأنابيب المجهرية المغنطيسية أثناء الانقسام والانقسام الاختزالي.