Histony jsou součástí buněčných jader. Jejich přítomnost je charakteristickým znakem mezi jednobuněčnými organismy (bakteriemi) a mnohobuněčnými organismy (lidmi, zvířaty nebo rostlinami). Velmi málo bakteriálních kmenů má proteiny podobné histonům. Evoluce vytvořila histony, aby lépe a efektivněji pojala velmi dlouhý řetězec DNA, také známý jako genetický materiál, v buňkách vyšších živých věcí. Protože kdyby se lidský genom rozvinul, byl by dlouhý asi 1-2 m, v závislosti na buněčném stádiu, ve kterém je buňka.
Co jsou histony?
Ve více rozvinutých organismech se histony vyskytují v buněčných jádrech a mají vysoký podíl pozitivně nabitých aminokyselin (zejména lysin a arginin). Histonové proteiny jsou rozděleny do pěti hlavních skupin - H1, H2A, H2B, H3 a H4. Aminokyselinové sekvence čtyř skupin H2A, H2B, H3 a H4 se mezi různými živými bytostmi téměř neliší, zatímco u H1, spojujícího se histonu, existuje více rozdílů. V případě červených krvinek ptáků obsahujících jádro byla H1 dokonce úplně nahrazena jinou hlavní histonovou skupinou nazvanou H5.
Velká podobnost sekvencí ve většině histonových proteinů znamená, že ve většině organismů dochází k „balení“ DNA stejným způsobem a výsledná trojrozměrná struktura je stejně účinná pro funkci histonů. V průběhu evoluce se vývoj histonů musel odehrávat velmi brzy a musí být udržován ještě předtím, než se objeví savci nebo lidé.
Anatomie a struktura
Jakmile se vytvoří nový řetězec DNA z jednotlivých bází (nazývaných nukleotidy) v buňce, musí být „zabalen“. Za tímto účelem se histonové proteiny dimerizují, z nichž každý tvoří dva tetramery. Nakonec se histonové jádro skládá ze dvou tetramerů, histonového oktameru, kolem kterého je obaleno vlákno DNA a částečně proniká. Histonový oktamer je tak umístěn v trojrozměrné struktuře uvnitř zkrouceného řetězce DNA.
Osm histonových proteinů s DNA kolem nich tvoří celý komplex nukleozomu. Oblast DNA mezi dvěma nukleosomy se nazývá linkerová DNA a zahrnuje kolem 20-80 nukleotidů. Linker DNA je zodpovědný za DNA „vstupující“ a „opouštějící“ oktamer histonu. Nukleozom tedy sestává z přibližně 146 nukleotidů, části linkerové DNA a osmi histonových proteinů, takže 146 nukleotidů obaluje 1,65krát kolem oktameru histonu.
Kromě toho je každý nukleosom spojen s molekulou H1, takže vstupní a výstupní body DNA jsou drženy pohromadě spojovacím histonem a zvyšuje se kompaktnost DNA. Nukleozom má průměr asi 10 až 30 nm. Mnoho nukleosomů tvoří chromatin, dlouhý řetězec DNA-histon, který vypadá pod řetězcem elektronů jako řetězec perel. Nukleozomy jsou „perly“, které jsou obklopeny nebo spojené řetězcovitou DNA.
Řada non-histonových proteinů podporuje tvorbu jednotlivých nukleosomů nebo celého chromatinu, který nakonec tvoří jednotlivé chromozomy, pokud se má buňka dělit. Chromozomy jsou maximálním typem komprese chromatinu a lze je rozeznat světelnou mikroskopií během dělení buněk na jádro.
Funkce a úkoly
Jak je uvedeno výše, histony jsou základní proteiny s kladným nábojem, takže interagují s negativně nabitou DNA elektrostatickou přitažlivostí. DNA se „ovine“ kolem oktameru histonu, takže se DNA stane kompaktnější a vejde se do jádra každé buňky. Hl má funkci komprese vyšší úrovně chromatinové struktury a většinou zabraňuje transkripci a tedy translaci, tj. Translaci této části DNA do proteinů prostřednictvím mRNA.
V závislosti na tom, zda buňka „odpočívá“ (mezifázově) nebo se dělí, je chromatin méně nebo více silně kondenzovaný, tj. Zabalený. V mezifázi jsou velké části chromatinu méně kondenzovány, a proto mohou být přepsány do mRNA, tj. Číst a později převádět na proteiny. Histony regulují genovou aktivitu jednotlivých genů v jejich blízkosti a umožňují transkripci a vytváření řetězců mRNA.
Když se buňka začne dělit, DNA se nepřenese na proteiny, ale rovnoměrně se rozdělí mezi dvě vytvořené dceřiné buňky. Chromatin je proto silně kondenzován a navíc stabilizován histony. Chromozomy se stanou viditelnými a mohou být distribuovány do nově vznikajících buněk pomocí mnoha jiných non-histonových proteinů.
Nemoci
Histony jsou zásadní pro vytvoření nové živé bytosti. Pokud v důsledku mutací v histonových genech nelze vytvořit jeden nebo více histonových proteinů, tento organismus není životaschopný a další vývoj je předčasně zastaven. Je to hlavně kvůli vysoké sekvenční ochraně histonů.
Je však již nějakou dobu známo, že u dětí a dospělých s různými maligními nádory mozku se mohou objevit mutace v různých histonových genech nádorových buněk. Mutace v histonových genech byly popsány především u tzv. Gliomů. U těchto nádorů byly objeveny také prodloužené chromosomové ocasy. Tyto koncové části chromozomů, nazývané telomery, jsou obvykle zodpovědné za životnost chromozomů. V této souvislosti se zdá, že prodloužené telomery v nádorech s histonovými mutacemi poskytují těmto degenerovaným buňkám výhodu přežití.
Mezitím jsou známy další typy rakoviny, které mají mutace v různých histonových genech, a tak produkují mutované histonové proteiny, které neplní nebo jen špatně vykonávají své regulační úkoly. Tato zjištění se v současné době používají k vývoji forem léčby zvláště maligních a agresivních nádorů.
