histon adalah protein dasar yang berinteraksi dengan DNA untuk pembentukan nukleosom , yang membentuk untaian konstituen kromatin kromosom pada eukariota .
Nukleosom, kompleks yang terdiri dari DNA dan protein, ditemukan pada tahun 1974 dan histonlah yang menyusun tingkat dasar organisasi kromatin ini. Namun, keberadaan protein histon telah diketahui sejak sebelum tahun 1960-an.
Representasi grafis dari nukleosom dengan pusat oktamer dari histon dan DNA melingkar di sekitarnya (Sumber: Jawahar Swaminathan dan staf MSD di European Bioinformatics Institute [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Histon diatur sedemikian rupa sehingga DNA pita ganda membungkus pusat protein yang terdiri dari protein-protein ini yang berinteraksi erat satu sama lain. Pusat histon berbentuk seperti piringan, dan DNA berputar sekitar 1,7 kali.
Ikatan hidrogen ganda memungkinkan DNA untuk mengikat ke pusat protein yang dibentuk oleh histon di setiap nukleosom. Ikatan ini terbentuk, sebagian besar, antara tulang punggung asam amino dari histon dan tulang punggung gula-fosfat DNA. Beberapa interaksi hidrofobik dan ikatan ionik juga berpartisipasi .
Protein yang dikenal sebagai “kompleks recaraling kromatin” bertanggung jawab untuk memutuskan dan membentuk tautan persimpangan antara DNA dan histon, memungkinkan mesin transkripsi untuk memasuki DNA yang terkandung dalam nukleosom.
Meskipun kedekatan asam nukleat dengan pusat protein yang dibentuk oleh histon, ini diatur sedemikian rupa sehingga, jika perlu, memungkinkan masuknya faktor transkripsi dan protein lain yang terkait dengan ekspresi gen atau pembungkaman gen. .
Histon dapat mengalami berbagai modifikasi yang menghasilkan banyak varian, memungkinkan keberadaan berbagai bentuk kromatin yang memiliki sifat memodulasi ekspresi gen dengan cara yang berbeda.
Indeks artikel
Karakteristik
Mereka adalah salah satu protein eukariotik yang paling terkonservasi di alam. Misalnya, kacang histone H4 telah terbukti berbeda hanya dalam dua dari 102 posisi asam amino dalam protein H4 sapi.
Histon adalah protein yang relatif kecil, dengan tidak lebih dari 140 asam amino. Mereka kaya akan residu asam amino basa, sehingga mereka memiliki muatan positif bersih, yang berkontribusi pada interaksi mereka dengan asam nukleat bermuatan negatif untuk membentuk nukleosom.
Histon nukleosomal dan bridging diketahui. Histon nukleosom adalah H3, H4, H2A, dan H2B, sedangkan histon pengikat milik keluarga histon H1.
Selama perakitan nukleosom, dimer spesifik H3-H4 dan H2A-H2B awalnya terbentuk. Dua dimer H3-H4 kemudian bergabung bersama untuk membentuk tetramer yang kemudian bergabung dengan dimer H2A-H2B, membentuk pusat oktamer.
Semua histon disintesis terutama selama fase S dari siklus sel, dan nukleosom dirakit dalam heliks DNA yang baru lahir, tepat setelah garpu replikasi.
Struktur
Struktur umum histon mencakup wilayah asam amino basa dan wilayah karboksil globular yang sangat terkonservasi di antara organisme eukariotik.
Motif struktural yang dikenal sebagai “lipatan histon”, terdiri dari tiga heliks alfa yang dihubungkan oleh dua jepit rambut dan membentuk pusat hidrofobik kecil, bertanggung jawab atas interaksi protein-protein antara histon yang membentuk nukleosom.
Lipatan histon inilah yang membentuk domain karboksil globular dari protein nukleosomal ini di semua eukariota.
Histon juga memiliki “ekor” atau wilayah terminal amino kecil dan terminal karboksil lainnya (dapat diakses oleh protease), tidak lebih dari 40 asam amino. Kedua daerah kaya akan asam amino basa yang dapat mengalami beberapa modifikasi kovalen pasca-translasi.
Mengikat histone
Pada eukariota ada dua keluarga histon yang mengikat, dibedakan satu sama lain oleh strukturnya. Beberapa memiliki struktur tripartit, dengan domain globular yang dijelaskan di atas diapit oleh domain terminal N dan C yang “tidak terstruktur”; sementara yang lain hanya memiliki domain terminal-C.
Meskipun sebagian besar histon dilestarikan, varian spesifik mungkin muncul selama embriogenesis atau pematangan sel khusus di beberapa organisme. Beberapa variasi struktural berkaitan dengan modifikasi pasca-translasi seperti berikut ini:
– Fosforilasi : diduga terkait dengan modifikasi derajat kondensasi kromatin dan umumnya terjadi pada residu serin.
– Asetilasi : berhubungan dengan daerah kromosom yang aktif secara transkripsi. Biasanya terjadi pada rantai samping residu lisin. Seperti yang terjadi pada residu ini, muatan positifnya berkurang, sehingga mengurangi afinitas protein untuk DNA.
– Metilasi : dapat terjadi sebagai mono-, di- atau trimetilasi residu lisin yang menonjol dari inti protein.
Enzim spesifik bertanggung jawab atas modifikasi kovalen ini dalam histon. Enzim ini termasuk histone acetyl transferases (HATs), histone deacetylases complexes (HDACs), dan histone methyltransferases dan demethylases.
Jenis
Karakterisasi histon telah dilakukan dengan berbagai teknik biokimia, di antaranya kromatografi yang didasarkan pada resin penukar kation lemah.
Penulis tertentu menetapkan suatu bentuk klasifikasi di mana 5 jenis histon utama dibedakan pada eukariota: FI, dengan protein 21 kDa; F2A1 atau FIV, dari plus atau minus 11,3 kDa; F2A2 atau FIIbI, 14,5 kDa; F2B atau FIIb2, dengan berat molekul 13,7 kDa, dan F3 atau FIII, 15,3 kDa.
Semua jenis histon ini, kecuali grup IF, ditemukan dalam jumlah yang sama di dalam sel.
Klasifikasi lain, dengan validitas yang sama dan mungkin yang paling banyak digunakan saat ini, mengusulkan keberadaan dua jenis histon yang berbeda, yaitu: histon yang merupakan bagian dari oktamer nukleosom dan histon pengikat atau penghubung, yang bergabung dengan nukleosom antara Ya.
Beberapa varian juga dapat terjadi di antara spesies dan tidak seperti histon inti, varian disintesis selama interfase dan dimasukkan ke dalam kromatin yang telah dibentuk sebelumnya melalui proses yang bergantung pada energi yang dilepaskan dari hidrolisis ATP.
Histon nukleosomal
Pusat nukleosom terdiri dari sepasang masing-masing dari empat histon penyusun: H2a, H2b, H3, dan H4; di mana segmen DNA dari sekitar 145 pasangan basa dililit.
Histon H4 dan H2B pada prinsipnya adalah invarian. Beberapa variasi terbukti, bagaimanapun, dalam histon H3 dan H2A, yang sifat biofisik dan biokimianya mengubah sifat normal nukleosom.
Sebuah varian dari histone H2A pada manusia, protein H2A.Z memiliki wilayah asam yang besar dan dapat meningkatkan stabilitas nukleosom tergantung pada varian histone H3 yang terkait.
Histon ini menunjukkan beberapa variabilitas antar spesies, kasus khusus adalah histon H2B, yang sepertiga pertama molekulnya sangat bervariasi.
Mengikat histone
Histon yang mengikat atau menjembatani adalah histon kelas H1. Ini bertanggung jawab untuk penyatuan antara nukleosom dan perlindungan DNA yang menonjol di awal dan di akhir setiap partikel.
Tidak seperti histon nukleosom, tidak semua histon tipe H1 memiliki wilayah globular dari “lipatan” histon. Protein ini mengikat DNA antara nukleosom, memfasilitasi pergeseran keseimbangan kromatin menuju keadaan yang lebih padat dan kurang aktif, secara transkripsi.
Studi telah menghubungkan histon ini dengan penuaan, perbaikan DNA, dan proses apoptosis, itulah sebabnya mereka dianggap memainkan peran penting dalam menjaga integritas genom.
Fitur
Semua residu asam amino histon berpartisipasi, dalam satu atau lain cara, dalam interaksinya dengan DNA, yang menjelaskan fakta bahwa mereka sangat dilestarikan di antara kingdom organisme eukariotik.
Partisipasi histon dalam pengemasan DNA dalam bentuk kromatin sangat relevan untuk organisme multiseluler kompleks di mana garis sel yang berbeda dapat berspesialisasi hanya dengan mengubah aksesibilitas gen mereka ke mesin transkripsi.
Daerah genomik aktif transkripsi padat dalam nukleosom, menunjukkan bahwa hubungan DNA dengan protein histon sangat penting untuk regulasi negatif atau positif dari transkripsi mereka.
Demikian juga, sepanjang hidup sel, respons terhadap sejumlah besar rangsangan, baik internal maupun eksternal, tergantung pada perubahan kecil pada kromatin, yang biasanya berkaitan dengan recaraling dan modifikasi pasca-translasi dari histon yang ditemukan dalam hubungan dekat dengannya. DNA.
Beberapa variabel histone melayani fungsi yang berbeda pada eukariota. Salah satunya berkaitan dengan partisipasi varian histon H3 dalam pembentukan struktur sentromer yang bertanggung jawab untuk pemisahan kromosom selama mitosis.
Mitra protein ini pada eukariota lain telah terbukti penting untuk perakitan protein kinetokor yang mengikat mikrotubulus gelendong selama mitosis dan meiosis .
Referensi
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Biologi Molekuler Sel (edisi ke-6). New York: Ilmu Garland.
- Campos, EI, & Reinberg, D. (2009). Histon: Kromatin anotasi. annu. Pdt. , 43 , 559-599.
- Harvey, AC, & Downs, JA (2004). Fungsi apa yang disediakan oleh linker histones? Mikrobiologi Molekuler , 53 , 771-775.
- Henikoff, S., & Ahmad, K. (2005). Perakitan Varian Histon menjadi Kromatin. annu. Pdt. Sel. Pengembang Biol. , 21 , 133-153.
- Isenberg, I. (1979). Histon. annu. Pdt. Biokimia. , 48 , 159-191.
- Kornberg, RD, & Thomas, JO (1974). Struktur Kromatin: Oligomer dari Histon. Sains , 184 (4139), 865-868.
- Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Kimia dan Biologi Histon. Ulasan Fisiologis , 50 (2), 159-170.
