Гистоны - гэта ... Роля гистонов ў ДНК

Нуклеінавых кіслата ДНК, якая ўваходзіць у ядра эукарыятычнай клетак, кампактна запакаваная дзякуючы асаблівым структурам. У цыталогіі яны носяць адмысловую назву - гистоны. Гэта пептыды, якія праяўляюць асноўныя хімічныя ўласцівасці. Іх будова і функцыі, якія выконваюцца ў клетцы, будуць разгледжаны ў дадзеным артыкуле.

Як ДНК арганізавана ў ядры

Для таго каб «ўціснуць» доўгую полинуклеотидную ланцуг ДНК у микропространство клеткавага ядра, у ім знаходзяцца своеасаблівыя «шпулькі» - вавёркі-гистоны. На іх накручваецца двухцепочечной нітка дэзаксірыбануклеінавай кіслаты. Такая структура, размешчаная ў кариоплазме, носіць назву нуклеосомы. Біяхімічнымі даследаваннямі ўстаноўлена, што гистоновый бялок арганізаваны ў выглядзе некалькіх мадыфікацый: гистон H1 / H5, H2A, H2B, H3, H4. Першы пептыда з гэтага пераліку прынята называць линкерным, астатнія каровы. Менавіта гэтыя бялкі-гистоны ўтвараюць нуклеосому.

Асаблівасці будовы нуклеосомных пептыдаў

Хімічны аналіз устанавіў факт залішняга ўтрымання ў карову гистонах малекул такіх амінакіслот, як лізін і аргінін. Першая з'яўляецца незаменнай, а іншая часткова замяняльныя і прысутнічае практычна ва ўсіх пептыдаў. Вавёркі-гистоны назапашваюць залішнія станоўчыя зарады на рэштках амінакіслот. Яны нейтралізуюць сумарныя адмоўныя зарады аніёнаў PO ₄ ^3-, якія ўваходзяць у склад ДНК. Яшчэ адна асаблівасць будовы гэтых бялкоў заключаецца ў тым, што практычна ён ідэнтычны ў арганізмаў, якія адносяцца да царстве Расліны, Жывёлы і Грыбы.

Бо гистоны - гэта бялкі ядра, яны з прычыны свайго будынка, могуць прымаць удзел у працэсах, якія адбываюцца ў кариоплазме. Напрыклад, найбольш важны для працэсу транскрыпцыі пептыда Н1 - гистоновый бялок, які ўтрымлівае нуклеосомы, якія ўваходзяць у склад храмаціне ў упорядоченно-кампактным ядры. Таксама, у выпадку пашкоджання локусов ДНК, так званыя варыянтныя малекулы каровамі пептыдаў ўдзельнічаюць у рэпарацый гэтых участкаў.

коравыя пептыды

Яны вызначаюць будынак нуклеосомы, якая складаецца з чатырох відаў малекул, названых Н2А, Н2В і Н3 і Н4. У нуклеосомах знаходзіцца па дзве малекулы кожнага тыпу, такая структура называецца октамером. Малекула дэзаксірыбануклеінавай і коравыя вавёркі ўтвараюць паміж сабой гідрафобныя, вадародныя і кавалентным сувязі. Вавёркі-гистоны з'яўляюцца асяродкам нуклеосомы. Таксама яны ўтрымліваюць неструктураваных NC-хвасты. Гэтыя часткі складаюцца з 15-30 рэшткаў амінакіслот і прымаюць удзел у эпигенетических працэсах, кантралюючых экспрэсію генаў. Коравыя гистоны цэнтральнай частцы нуклеосомы маюць малыя малекулярныя масы, у іх участках, у адрозненне ад хваставых частак ўтрымліваюцца астраўкі гідрафобных бялковых мономеров: Валіна, пролина, лезина, метионина.

Апошнія навуковыя даследаванні ў галіне біяхіміі прывялі да з'яўлення гіпотэзы гистонового кода. У адрозненне ад генетычнага кода, які з'яўляецца універсальным для ўсіх формаў клетачнай жыцця на Зямлі, гистоновый код зменлівы. Пад гэтым тэрмінам разумеюць перайначванні хваставых участкаў пептыдаў ў выніку рэакцый ацэтылявання, метилирования, фасфаралявання. Усе вышэйпералічаныя хімічныя працэсы адбываюцца ў прысутнасці мультиферментных комплексаў. Дзякуючы такім біяхімічным працэсам, мадыфікуецца коравыя гистоны, і адбываецца экспрессионная карэкціроўка генаў, якія кантралююць ўнутрыядзерныя рэакцыі з удзелам ДНК: рэпарацый, транскрыпцыю, рэплікацыю. Сам жа храмаціне пад уздзеяннем змяненняў гистонового кода падвяргаецца ремоделингу, то ёсць змяняе сваю ўпакоўку ў нуклеосоме (ўшчыльняе яе ці, наадварот, пушыць).

Линкерный бялок

Гистон Н1, які знаходзіцца ў храмаціне, злучаецца з вонкавай часткай нуклеосомы і ўтрымлівае на ёй суперспираль дэзаксірыбануклеінавай кіслаты. Яго фіксацыя адбываецца ў месцы размяшчэння тетрамера, які складаецца з двух малекул пептыда Н3 і двух малекул Н4. У прадстаўнікоў класа птушак і класа рэптылій ў эрытрацытах замест гистона Н1 знойдзены іншы линкерный бялок Н5.

Пептыда Н1 ўтрымлівае HMJB-дамен - структурны ўчастак, які налічвае каля 80 амінакіслотных рэшткаў. Ён практычна аднолькавы ў большасці арганізмаў, уключаючы расліны, жывёл і чалавека. Гэты дамен не падвяргаецца мадыфікацыі і з'яўляецца кансерватыўным. Пептыда Н1 мае дзве формы прасторавай канфігурацыі: згорнутай у выглядзе глобулы і разгорнуты - у троеснай форме. Апошняе ўзнікае пры парушэнні сувязі С-канцавога ўчастка гистона з ДНК-злучаюць даменамі. Линкерный пептыда актыўна ўдзельнічае ў перапісванні інфармацыі з гена на малекулу иРНК, у працэсах самоудвоения ДНК, а таксама ў рэпарацый яе пашкоджаных локусов. У гэтым і заключаецца біялагічная ролю гистонов ў ДНК.

Як вавёркі фармуюць октамер

У адрозненні ад пептыда Н1, іншыя віды гистонов, званыя каровамі, характарызуюцца дастатковай пластычнасцю і ўтвараюць варыянтныя формы. Напрыклад, Н2А мае самая вялікая колькасць мадыфікацый: H2AZH2AX MACROH2A. Яны адрозніваюцца паміж сабой:

• З-канцавымі паслядоўнасцямі амінакіслотны рэшткаў.
• Месцам знаходжання ў геноме.

Напрыклад, варыянтны гистон H2ABbd ўзаемазвязаны з храмаціне, у ДНК якога адбываецца транскрыпцыя. Пептыда MACROH2A знаходзіцца ў интерфазных храмасомах. Цыталагічныя даследаваннямі было ўстаноўлена, што ў гистона Н4 не выяўлены варыянтныя формы, але ён здольны ўтвараць вялікая колькасць кавалентных сувязяў з іншымі бялкамі, якія ўваходзяць у октамер нуклеосомы. Такім чынам, навукоўцы лічаць, што гистоны - гэта група спецыяльных бялкоў, якія практычна ўваходзяць у храмаціне ўсіх клеткавых формаў жыцця.

Як захоўваецца інфармацыя аб гистонах ў геноме

Можна сцвярджаць, што коравыя, линкерные і варыянтныя гистоны закадаваныя ў кластарах генаў, экспрессирующихся у сінтэтычнай фазе жыццёвага цыкла клеткі. Напрыклад, для чалавека група спадчынных задаткаў, званая HIST1 складаецца з 35 генаў, лакалізаваных ў шосты саматычнай пары храмасом. Кластар HIST2 змяшчае шэсць генаў, кадавальныя гистоны і размяшчаецца ў першай храмасомнай пары. У ёй жа ўтрымліваецца локуса HIST3, які ўключае тры гена. У дванаццатай пары знаходзіцца адзін ген, кадавальныя гистон Н4. Цікава, што гены каровамі бялкоў не маюць інтронаў, а гены варыянтных гистонов, наадварот, ўтрымліваюць іх і раскіданыя па геному.

Падводзячы вынік, мы пераканаліся, што гистоны - гэта бялкі, якія ўдзельнічаюць у кладцы спіралі ДНК ў ядры, а таксама ў працэсах рэгуляцыі, рэпарацый і транскрыпцыі, якія праходзяць у ім.