و الهستونات هي بروتينات الأساسية التي تتفاعل مع الحمض النووي لتشكيل جسيم نووي، والتي تشكل خيوط المكونات لونين من الكروموسومات في حقيقيات النوى.
تم اكتشاف النيوكليوسومات ، وهي مجمعات مكونة من الحمض النووي والبروتينات ، في عام 1974 وهيستونات هي التي تجمع هذا المستوى الأساسي من تنظيم الكروماتين. ومع ذلك ، فإن وجود بروتينات هيستون معروف منذ ما قبل الستينيات.
تمثيل رسومي للنيوكليوسوم مع مركز ثماني من الهستونات والحمض النووي ملفوف حوله (المصدر: جواهر سواميناثان وموظفو MSD في المعهد الأوروبي للمعلومات الحيوية عبر ويكيميديا كومنز)
يتم تنظيم الهستونات بطريقة يلتف فيها الحمض النووي مزدوج الشريطة حول مركز بروتين يتكون من هذه البروتينات التي تتفاعل بشكل وثيق مع بعضها البعض. مركز الهستونات على شكل قرص ، والحمض النووي يذهب حوالي 1.7 مرة.
تسمح الروابط الهيدروجينية المتعددة للحمض النووي بالارتباط بمركز البروتين الذي يتكون من الهستونات في كل نواة. تتشكل هذه الروابط ، في معظمها ، بين العمود الفقري للأحماض الأمينية في الهيستونات والعمود الفقري للفوسفات والسكر في الحمض النووي. تشارك أيضًا بعض التفاعلات الكارهة للماء والروابط الأيونية.
البروتينات المعروفة باسم "مجمعات إعادة تشكيل الكروماتين" هي المسؤولة عن كسر وتشكيل روابط الوصلة بين الحمض النووي والهيستونات ، مما يسمح لآلة النسخ بدخول الحمض النووي الموجود في الجسيمات النووية.
على الرغم من قرب الأحماض النووية من مركز البروتين الذي يتكون من الهيستونات ، إلا أنها مرتبة بطريقة تسمح ، إذا لزم الأمر ، بدخول عوامل النسخ والبروتينات الأخرى المتعلقة بالتعبير الجيني أو إسكات الجينات.
يمكن أن تخضع الهيستونات لتعديلات مختلفة تولد متغيرات متعددة ، مما يجعل من الممكن وجود العديد من الأشكال المختلفة للكروماتين التي لها خاصية تعديل التعبير الجيني بطرق مختلفة.
مميزات
إنها واحدة من أكثر بروتينات حقيقية النواة محفوظة في الطبيعة. على سبيل المثال ، ثبت أن البازلاء هيستون H4 تختلف في اثنين فقط من 102 موضع من الأحماض الأمينية لبروتين البقرة H4.
الهستونات عبارة عن بروتينات صغيرة نسبيًا ، لا تحتوي على أكثر من 140 حمضًا أمينيًا. إنها غنية بمخلفات الأحماض الأمينية الأساسية ، لذا فهي تمتلك شحنة موجبة صافية ، مما يساهم في تفاعلها مع الحمض النووي سالب الشحنة لتكوين الجسيمات النووية.
تعرف الهستونات النووية والجسيرية. الهستونات النووية هي H3 و H4 و H2A و H2B ، بينما تنتمي الهيستونات الملزمة إلى عائلة الهيستونات H1.
أثناء تجميع النيوكليوسوم ، يتم تشكيل ثنائيات محددة H3-H4 و H2A-H2B في البداية. ثم يتحد اثنان من ثنائيات H3-H4 معًا لتشكيل رباعي الأبعاد يتحد لاحقًا مع ثنائيات H2A-H2B ، ويشكلان المركز الثماني.
يتم تصنيع جميع الهستونات بشكل رئيسي خلال المرحلة S من دورة الخلية ، ويتم تجميع النيوكليوسومات في حلزونات الحمض النووي الوليدة ، بعد شوكة النسخ المتماثل مباشرة.
بناء
يشتمل الهيكل العام للهستونات على منطقة حمض أميني أساسية ومنطقة كربوكسيل كروية محفوظة بشكل كبير بين الكائنات حقيقية النواة.
شكل هيكلي يعرف باسم "طية هيستون" ، ويتألف من ثلاث حلزونات ألفا متصلة بواسطة دبابيس شعر وتشكل مركزًا صغيرًا كارهًا للماء ، وهو مسؤول عن تفاعلات البروتين والبروتين بين الهيستونات التي تتكون منها النواة.
هذه هي طية الهستونات التي تشكل المجال الكربوكسيل الكروي لهذه البروتينات النووية في جميع حقيقيات النوى.
تحتوي الهستونات أيضًا على "ذيول" صغيرة أو أطراف أمينية ومناطق أخرى من الكربوكسيل (يمكن الوصول إليها من قبل البروتياز) ، لا يزيد طولها عن 40 حمضًا أمينيًا. كلا المنطقتين غنيتان بالأحماض الأمينية الأساسية التي يمكن أن تخضع لتعديلات تساهمية متعددة بعد الترجمة.
هيستونات ملزمة
في حقيقيات النوى ، هناك مجموعتان من الهيستونات الرابطة ، متمايزة عن بعضها البعض من خلال بنيتها. بعضها له هيكل ثلاثي ، مع المجال الكروي الموصوف أعلاه محاط بنطاقات طرفي N و C "غير منظمة" ؛ بينما يمتلك الآخرون فقط مجال C- طرفي
على الرغم من الحفاظ على معظم الهستونات ، فقد تظهر بعض المتغيرات المحددة أثناء التطور الجنيني أو نضج الخلايا المتخصصة في بعض الكائنات الحية. تتعلق بعض الاختلافات الهيكلية بالتعديلات اللاحقة للترجمة مثل ما يلي:
- الفسفرة: يعتقد أنها مرتبطة بتعديل درجة تكثف الكروماتين وتحدث عادة في بقايا السيرين.
- الأستلة: مرتبطة بالمناطق الكروموسومية النشطة نسبيًا. يحدث عادة على السلاسل الجانبية لبقايا اللايسين. كما يحدث على هذه البقايا ، تقل شحنتها الإيجابية ، مما يقلل من تقارب البروتينات مع الحمض النووي.
- المثيلة: يمكن أن تحدث في شكل أحادي أو ثنائي أو ثلاثي الميثيل لبقايا اللايسين التي تبرز من لب البروتين.
إنزيمات معينة مسؤولة عن إجراء هذه التعديلات التساهمية في الهستونات. وتشمل هذه الإنزيمات هيستون أسيتيل ترانسفيرازات (HATs) ، ومجمعات هيستون ديستيلازس (HDACs) ، وهستون ميثيل ترانسفيرازات وديميثيلازس.
أنواع
تم إجراء توصيف الهستونات بواسطة تقنيات كيميائية حيوية مختلفة ، من بينها تبرز الكروماتوغرافيا التي تعتمد على راتنجات التبادل الكاتيوني الضعيف.
يؤسس بعض المؤلفين شكلاً من أشكال التصنيف يتم فيه تمييز 5 أنواع رئيسية من الهيستونات في حقيقيات النوى: FI ، مع بروتينات 21 كيلو دالتون ؛ F2A1 أو FIV ، زائد أو ناقص 11.3 كيلو دالتون ؛ F2A2 أو FIIbI ، 14.5 كيلو دالتون ؛ F2B أو FIIb2 ، بوزن جزيئي 13.7 كيلو دالتون ، و F3 أو FIII ، 15.3 كيلو دالتون.
تم العثور على كل هذه الأنواع من الهيستونات ، باستثناء مجموعة IF ، بكميات متساوية في الخلايا.
يقترح تصنيف آخر ، له نفس الصلاحية وربما الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر ، وجود نوعين مختلفين من الهيستونات ، وهما: تلك التي تشكل جزءًا من ثماني النواة للنيوكليوسوم وهستونات الربط أو الجسور ، والتي تنضم إلى النيوكليوسومات بين نعم.
يمكن أن تحدث بعض المتغيرات أيضًا بين الأنواع وعلى عكس الهستونات الأساسية ، يتم تصنيع المتغيرات أثناء الطور البيني ويتم إدخالها في الكروماتين المُشكل مسبقًا من خلال عملية تعتمد على الطاقة المنبعثة من التحلل المائي ATP.
الهيستونات النووية
يتكون مركز الجسيم النووي من زوج من كل من الهستونات المكونة الأربعة: H2a و H2b و H3 و H4 ؛ حيث يتم جرح أجزاء DNA من حوالي 145 زوجًا قاعديًا.
تعتبر Histones H4 و H2B ، من حيث المبدأ ، ثابتة. تتضح بعض الاختلافات ، مع ذلك ، في الهستونات H3 و H2A ، التي تغير خصائصها الفيزيائية الحيوية والكيميائية الحيوية الطبيعة الطبيعية للنيوكليوسوم.
نوعًا مختلفًا من هيستون H2A في البشر ، يمتلك بروتين H2A.Z منطقة حمضية كبيرة وقد يعزز استقرار النوكليوزوم اعتمادًا على متغيرات هيستون H3 المرتبطة به.
تظهر هذه الهستونات بعض التباين بين الأنواع ، حالة خاصة هي حالة هيستون H2B ، حيث يكون الثلث الأول من الجزيء متغيرًا بدرجة كبيرة.
هيستونات ملزمة
هيستونات الربط أو التجسير هي هيستون من الفئة H1. هذه مسؤولة عن الاتحاد بين النيوكليوسومات وحماية الحمض النووي الذي يبرز في بداية ونهاية كل جسيم.
على عكس الهيستونات النووية ، لا تمتلك جميع الهستونات من النوع H1 المنطقة الكروية من "طية" هيستون. ترتبط هذه البروتينات بالحمض النووي بين النيوكليوسومات ، مما يسهل التحول في توازن الكروماتين نحو حالة أكثر تكثفًا وأقل نشاطًا ، عند التحدث بالنسخ.
وقد ربطت الدراسات هذه الهستونات بالشيخوخة ، وإصلاح الحمض النووي ، وعمليات الاستماتة ، ولهذا السبب يُعتقد أنها تلعب دورًا مهمًا في الحفاظ على السلامة الجينية.
المميزات
تشارك جميع بقايا الأحماض الأمينية في الهيستونات ، بطريقة أو بأخرى ، في تفاعلها مع الحمض النووي ، وهو ما يفسر حقيقة أنها محفوظة بشكل كبير بين ممالك الكائنات حقيقية النواة.
تعتبر مشاركة الهيستونات في تغليف الحمض النووي على شكل كروماتين ذات أهمية كبيرة للكائنات المعقدة متعددة الخلايا التي لا يمكن أن تتخصص فيها خطوط الخلايا المختلفة إلا عن طريق تغيير إمكانية وصول جيناتها إلى آلية النسخ.
المناطق الجينومية النشطة نسبيًا كثيفة في النيوكليوسومات ، مما يشير إلى أن ارتباط الحمض النووي ببروتينات الهيستون أمر بالغ الأهمية للتنظيم السلبي أو الإيجابي لنسخها.
وبالمثل ، طوال حياة الخلية ، تعتمد الاستجابة لعدد كبير من المحفزات ، الداخلية والخارجية على حد سواء ، على تغييرات طفيفة في الكروماتين ، والتي تتعلق عادةً بإعادة التشكيل والتعديل اللاحق للترجمة للهستونات الموجودة في علاقة وثيقة مع الحمض النووي.
تخدم متغيرات هيستون المتعددة وظائف مختلفة في حقيقيات النوى. يتعلق أحدهم بمشاركة متغير من هيستون H3 في تكوين الهياكل المركزية المسؤولة عن فصل الكروموسومات أثناء الانقسام.
ثبت أن نظير هذا البروتين في حقيقيات النوى الأخرى ضروري لتجميع البروتين الحركي الذي ترتبط به الأنابيب الدقيقة للمغزل أثناء الانقسام والانقسام الاختزالي.
المراجع
- ألبرتس ، ب ، جونسون ، أ ، لويس ، ج. ، مورغان ، د. ، راف ، إم ، روبرتس ، ك. ، ووالتر ، ب. (2015). البيولوجيا الجزيئية للخلية (الطبعة السادسة). نيويورك: جارلاند ساينس.
- Campos، EI، & Reinberg، D. (2009). الهستونات: حاشية الكروماتين. Annu. القس جينيه. ، 43 ، 559-599.
- هارفي ، إيه سي ، أند داونز ، جا (2004). ما هي الوظائف التي توفرها هيستونات الرابط؟ علم الأحياء الدقيقة الجزيئي ، 53 ، 771-775.
- هنيكوف ، س ، وأحمد ، ك. (2005). تجميع الهستونات المتغيرة في كروماتين. Annu. القس الخلية. ديف بيول ، 21 ، 133-153.
- Isenberg ، I (1979). الهستونات. Annu. القس Biochem. ، 48 ، 159–191.
- كورنبرغ ، آر دي ، وتوماس ، جو (1974). بنية الكروماتين: أوليغومرات الهستونات. العلوم، 184 (4139) ، 865-868.
- سميث ، إي ، ديلانج ، آر ، وبونر ، ج. (1970). كيمياء وبيولوجيا الهيستونات. المراجعات الفسيولوجية ، 50 (2) ، 159-170.