histoner

histoner är en del av cellkärnorna. Deras närvaro skiljer mellan unicellulära organismer (bakterier) och flercelliga organismer (människor, djur eller växter). Mycket få bakteriestammar har proteiner som liknar histoner. Evolution har producerat histoner för att bättre tillgodose den mycket långa DNA-kedjan, även känd som genetiskt material, bättre och mer effektivt i cellerna i högre levande saker. För om det mänskliga genomet löstes upp skulle det vara ungefär 1-2 m långt, beroende på cellsteget där en cell är.

Vad är histoner?

I mer utvecklade organismer förekommer histoner i cellkärnorna och har en hög andel positivt laddade aminosyror (särskilt lysin och arginin). Histonproteiner är indelade i fem huvudgrupper - H1, H2A, H2B, H3 och H4. Aminosyrasekvenserna för de fyra grupperna H2A, H2B, H3 och H4 skiljer sig knappast mellan olika levande varelser, medan det finns fler skillnader för H1, en kopplande histon. När det gäller de kärnhaltiga röda blodkropparna från fåglar har H1 till och med ersatts av en annan huvudhistongrupp, kallad H5.

Den stora likheten mellan sekvenserna i de flesta histonproteiner betyder att DNA-förpackningen i de flesta organismer sker på samma sätt och den resulterande tredimensionella strukturen är lika effektiv för histonernas funktion. Under utvecklingen måste histonerna ha utvecklats mycket tidigt och måste ha upprätthållits redan innan däggdjur eller människor dök upp.

Anatomi & struktur

Så snart en ny DNA-kedja skapas från enskilda baser (kallas nukleotider) i en cell måste den "paketeras". För detta ändamål dimeriseras histonproteiner, som vardera bildar två tetramrar. Slutligen består en histonkärna av två tetramrar, histonoktamer, runt vilken DNA-strängen är lindad och delvis penetrerar. Histonoktameren ligger sålunda i den tredimensionella strukturen i den tvinnade DNA-strängen.

De åtta histonproteinerna med DNA kring dem bildar hela komplexet av en nukleosom. DNA-området mellan två nukleosomer kallas linker-DNA och omfattar cirka 20-80 nukleotider. Linker-DNA är ansvarigt för att DNA "kommer in" och "lämnar" histonoktamer. En nukleosom består således av cirka 146 nukleotider, en linker-DNA-del och åtta histonproteiner, så att de 146 nukleotiderna lindras 1,65 gånger runt histonoktamer.

Vidare är varje nukleosom associerad med en H1-molekyl, så att ingångs- och utgångspunkterna för DNA hålls samman av den anslutande histon och DNA: s kompakthet ökar. En nukleosom har en diameter på cirka 10-30 nm. Många nukleosomer bildar kromatin, en lång DNA-histonkedja som ser ut som en sträng av pärlor under elektronmikroskopet. Nukleosomerna är "pärlorna" som omges eller kopplas samman av det strängliknande DNA: t.

Ett antal icke-histonproteiner stöder bildningen av de enskilda nukleosomerna eller den för hela kromatinet, vilket slutligen bildar de individuella kromosomerna om en cell ska delas upp. Kromosomer är den maximala typen av komprimering av kromatin och kan igenkännas genom ljusmikroskopi under kärndelningen i en cell.

Funktion & uppgifter

Som nämnts ovan är histoner basiska proteiner med en positiv laddning, så de interagerar med det negativt laddade DNA genom elektrostatisk attraktion. DNA "sveper" runt histonoktamererna så att DNA blir mer kompakt och passar in i kärnan i varje cell. H1 har funktionen att komprimera kromatinstrukturen på högre nivå och förhindrar mestadels transkription och således translation, dvs. översättningen av denna DNA-del till proteiner via ett mRNA.

Beroende på om cellen "vilar" (intervall) eller delar sig, kromatinet är mindre eller kraftigare kondenserad, dvs packad. I intervallet är stora delar av kromatinet mindre kondenserade och kan därför transkriberas till mRNA, dvs. läsas och senare översättas till proteiner. Histoner reglerar genaktiviteten för enskilda gener i deras närhet och tillåter transkription och skapande av mRNA-strängar.

När en cell börjar delas, översätts inte DNA till proteiner utan distribueras jämnt mellan de två dottercellerna som skapas. Kromatinet kondenseras därför starkt och stabiliseras dessutom av histonerna. Kromosomerna blir synliga och kan distribueras till de nyligen framväxande cellerna med hjälp av många andra icke-histonproteiner.

sjukdomar

Histoner är viktiga för att skapa en ny levande varelse. Om på grund av mutationer i histongenerna inte kan bildas ett eller flera av histonproteinerna är denna organisme inte livskraftig och vidareutveckling stoppas för tidigt. Detta beror främst på hög sekvensbevarande av histoner.

Det har emellertid varit känt under en tid att hos barn och vuxna med olika maligna hjärntumörer kan mutationer förekomma i tumörcellernas olika histongener. Mutationer i histonegener har beskrivits särskilt i så kallade gliomas. Långsträckta kromosomsvansar har också upptäckts i dessa tumörer. Dessa slutavsnitt av kromosomerna, kallade telomerer, är normalt ansvariga för kromosomernas livslängd. I detta sammanhang verkar det som om de långsträckta telomererna i tumörerna med histonmutationer ger dessa degenererade celler en överlevnadsfördel.

Under tiden är andra typer av cancer kända som har mutationer i olika histongener och därmed producerar muterade histonproteiner som inte eller bara dåligt utför sina regleringsuppgifter. Dessa fynd används för närvarande för att utveckla former av terapi för särskilt maligna och aggressiva tumörer.