히스톤은 DNA와 상호 작용이 진핵 생물에서 염색질 염색체 성분의 가닥을 형성 뉴 클레오을 형성하는 것을 기본 단백질이다.
DNA와 단백질로 구성된 복합체 인 뉴 클레오 솜은 1974 년에 발견되었으며이 염색질 조직의 기본 수준을 구성하는 것은 히스톤입니다. 그러나 히스톤 단백질의 존재는 1960 년대 이전부터 알려져 왔습니다.
8 량체 중심의 히스톤과 그 주위에 DNA가 감겨있는 뉴 클레오 솜의 그래픽 표현 (출처 : Jawahar Swaminathan 및 Wikimedia Commons를 통한 European Bioinformatics Institute의 MSD 직원)
히스톤은 이중 가닥 DNA가 서로 밀접하게 상호 작용하는 이러한 단백질로 구성된 단백질 중심을 감싸는 방식으로 구성됩니다. 히스톤의 중심은 원반 모양이며 DNA는 약 1.7 배 이동합니다.
다중 수소 결합은 DNA가 각 뉴 클레오 솜의 히스톤에 의해 형성된 단백질 중심에 결합하도록합니다. 이러한 결합은 대부분 히스톤의 아미노산 백본과 DNA의 당-인산 백본 사이에 형성됩니다. 일부 소수성 상호 작용과 이온 결합도 참여합니다.
"크로 마틴 리모델링 복합체"로 알려진 단백질은 DNA와 히스톤 사이의 연결 고리를 끊고 형성하여 전사 기계가 뉴 클레오 솜에 포함 된 DNA에 들어갈 수 있도록합니다.
히스톤에 의해 형성된 단백질 중심에 대한 핵산의 근접성에도 불구하고, 이들은 필요한 경우 유전자 발현 또는 유전자 침묵과 관련된 전사 인자 및 기타 단백질의 진입을 허용하는 방식으로 배열됩니다. .
히스톤은 여러 변이를 생성하는 다양한 변형을 거쳐 다양한 방식으로 유전자 발현을 조절하는 특성을 가진 다양한 형태의 염색질이 존재할 수 있습니다.
형질
그들은 자연에서 가장 보존 된 진핵 단백질 중 하나입니다. 예를 들어, 완두콩 히스톤 H4는 암소 H4 단백질의 102 개 아미노산 위치 중 2 개에서만 다른 것으로 나타났습니다.
히스톤은 140 개 이하의 아미노산으로 구성된 비교적 작은 단백질입니다. 그들은 염기성 아미노산 잔기가 풍부하여 순 양전하를 띠며, 이는 음전하를 띤 핵산과의 상호 작용에 기여하여 뉴 클레오 솜을 형성합니다.
Nucleosomal 및 bridging histones가 알려져 있습니다. 뉴 클레오 솜 히스톤은 H3, H4, H2A 및 H2B이고, 결합 히스톤은 히스톤 H1 계열에 속합니다.
뉴 클레오 솜 조립 중에 특정 이량 체 H3-H4 및 H2A-H2B가 초기에 형성됩니다. 그런 다음 두 개의 H3-H4 이량 체가 함께 결합하여 사량 체를 형성하고 나중에 H2A-H2B 이량 체와 결합하여 8 량체 중심을 형성합니다.
모든 히스톤은 주로 세포주기의 S 단계에서 합성되고, 뉴 클레오 솜은 복제 분기 직후에 초기 DNA 나선에 조립됩니다.
구조
히스톤의 일반적인 구조는 진핵 생물 중 고도로 보존 된 염기성 아미노산 영역과 구형 카르 복실 영역을 포함한다.
2 개의 헤어핀으로 연결된 3 개의 알파 나선으로 구성되고 작은 소수성 중심을 형성하는 "히스톤 폴드"로 알려진 구조적 모티프는 뉴 클레오 솜을 구성하는 히스톤 간의 단백질-단백질 상호 작용을 담당합니다.
모든 진핵 생물에서 이러한 뉴 클레오 좀 단백질의 구형 카르 복실 도메인을 구성하는 것은이 히스톤의 접힘입니다.
히스톤은 또한 작은 "꼬리"또는 아미노-말단 및 기타 카르 복실-말단 영역 (프로테아제에 접근 가능)을 가지고 있으며 아미노산 길이는 40 개 이하입니다. 두 영역 모두 번역 후 여러 공유 변형을 겪을 수있는 염기성 아미노산이 풍부합니다.
히스톤 바인딩
진핵 생물에는 구조에 따라 서로 구별되는 두 가지 결합 히스톤 계열이 있습니다. 일부는 위에서 설명한 구상 도메인이 "구조화되지 않은"N- 및 C- 말단 도메인의 측면에있는 3 자 구조를 가지고 있습니다. 다른 것들은 C 터미널 도메인만을 가지고 있습니다.
대부분의 히스톤은 보존되지만 일부 유기체에서 배아 발생 또는 특수 세포의 성숙 중에 일부 특정 변형이 발생할 수 있습니다. 일부 구조적 변형은 다음과 같은 번역 후 수정과 관련이 있습니다.
- 인산화 : 염색질의 축합 정도 변화와 관련이있는 것으로 생각되며 세린 잔기에서 흔히 발생합니다.
- 아세틸 화 : 전사 활성 인 염색체 영역과 관련됨. 일반적으로 라이신 잔기의 측쇄에서 발생합니다. 이러한 잔류 물에서 발생함에 따라 양전하가 감소하여 DNA에 대한 단백질의 친 화성이 감소합니다.
- 메틸화 : 단백질 코어에서 튀어 나온 라이신 잔기의 모노, 디 또는 트리메틸 화로 발생할 수 있습니다.
특정 효소는 히스톤에서 이러한 공유 변형을 만드는 역할을합니다. 이러한 효소에는 히스톤 아세틸 트랜스퍼 라제 (HAT), 히스톤 데 아세틸 라제 복합체 (HDAC), 히스톤 메틸 트랜스퍼 라제 및 데 메틸 라 제가 포함됩니다.
종류
히스톤의 특성화는 다양한 생화학 기술에 의해 수행되었으며, 그중 약한 양이온 교환 수지를 기반으로 한 크로마토 그래피가 두드러집니다.
특정 저자는 진핵 생물에서 5 가지 주요 유형의 히스톤이 구별되는 분류 형식을 설정합니다. FI, 21 kDa 단백질; 플러스 또는 마이너스 11.3 kDa의 F2A1 또는 FIV; F2A2 또는 FIIbI, 14.5 kDa; 분자량이 13.7 kDa 인 F2B 또는 FIIb2 및 15.3 kDa의 F3 또는 FIII.
IF 그룹을 제외하고 이러한 모든 유형의 히스톤은 세포에서 등 몰량으로 발견됩니다.
동일한 타당성과 아마도 현재 가장 널리 사용되는 또 다른 분류는 두 가지 다른 유형의 히스톤의 존재를 제안합니다. 예.
일부 변종은 종 간에도 발생할 수 있으며 핵심 히스톤과 달리 변종은 간기 동안 합성되고 ATP 가수 분해에서 방출되는 에너지에 의존하는 과정을 통해 미리 형성된 염색질에 삽입됩니다.
뉴 클레오 솜 히스톤
뉴 클레오 솜의 중심은 H2a, H2b, H3 및 H4의 네 가지 구성 히스톤 각각의 쌍으로 구성됩니다. 약 145 개 염기쌍의 DNA 조각이 감겨 있습니다.
히스톤 H4와 H2B는 원칙적으로 불변입니다. 그러나 히스톤 H3 및 H2A에서 약간의 변형이 분명하며, 그 생물 물리학 적 및 생화학 적 특성은 뉴 클레오 솜의 정상적인 특성을 변경합니다.
인간에서 히스톤 H2A의 변이체 인 H2A.Z 단백질은 큰 산성 영역을 보유하고 결합 된 히스톤 H3 변이체에 따라 뉴 클레오 솜 안정성을 촉진 할 수 있습니다.
이러한 히스톤은 종간에 약간의 변동성을 보여 주며, 특별한 경우는 분자의 1/3이 매우 가변적 인 히스톤 H2B의 경우입니다.
히스톤 바인딩
바인딩 또는 브리징 히스톤은 클래스 H1 히스톤입니다. 이들은 뉴 클레오 솜 사이의 결합과 각 입자의 시작과 끝에서 튀어 나온 DNA의 보호를 담당합니다.
뉴 클레오 솜 히스톤과 달리 모든 H1 유형 히스톤이 히스톤 "접힘"의 구형 영역을 소유하는 것은 아닙니다. 이 단백질은 뉴 클레오 솜 사이의 DNA에 결합하여 염색질 균형이 더 응축되고 덜 활성 상태로 이동하는 것을 촉진합니다.
연구에 따르면 이러한 히스톤은 노화, DNA 복구 및 세포 사멸 과정과 관련이 있으며, 이것이 게놈 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을하는 것으로 생각되는 이유입니다.
풍모
히스톤의 모든 아미노산 잔기는 어떤 식 으로든 DNA와의 상호 작용에 참여하는데, 이는 그들이 진핵 생물의 왕국에서 매우 보존되어 있다는 사실을 설명합니다.
염색질 형태의 DNA 포장에 히스톤이 참여하는 것은 다양한 세포주가 유전자의 전사 기계에 대한 접근 가능성을 변경함으로써 만 전문화 할 수있는 복잡한 다세포 유기체에 매우 관련이 있습니다.
전사 활성 게놈 영역은 뉴 클레오 솜이 조밀하여 DNA와 히스톤 단백질의 연관성이 전사의 음성 또는 양성 조절에 중요하다는 것을 시사합니다.
마찬가지로 세포의 수명 내내 내부 및 외부의 많은 자극에 대한 반응은 염색질의 작은 변화에 따라 달라지며, 일반적으로 다음에서 발견되는 히스톤의 리모델링 및 번역 후 수정과 관련이 있습니다. DNA와의 긴밀한 관계.
여러 히스톤 변수는 진핵 생물에서 서로 다른 기능을합니다. 그들 중 하나는 유사 분열 동안 염색체의 분리를 담당하는 중심체 구조의 형성에 히스톤 H3 변이체의 참여와 관련이 있습니다.
다른 진핵 생물에서이 단백질의 대응 물은 유사 분열과 감수 분열 동안 방추 미세 소관이 결합하는 단백질 키 네토 코레의 조립에 필수적인 것으로 나타났습니다.
참고 문헌
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