hisztonokat

hisztonokat a sejtmagok részei. Jelenlétük megkülönböztető jellemzője az egysejtű szervezetek (baktériumok) és a többsejtű szervezetek (emberek, állatok vagy növények) között. Nagyon kevés baktériumtörzsben vannak olyan fehérjék, amelyek hasonlóak a hisztonokhoz. Az evolúció hisztonokat hozott létre annak érdekében, hogy a nagyon hosszú DNS-láncot, más néven genetikai anyagot, jobban és hatékonyabban illeszkedjen a magasabb élőlények sejtjeibe. Mert ha az emberi genom letekeredne, akkor körülbelül 1-2 m hosszú lenne, attól függően, hogy melyik sejtfázisban van.

Melyek a hisztonok?

A fejlettebb élőlényekben a hisztonok a sejtmagokban fordulnak elő, és nagy arányban tartalmaznak pozitív töltésű aminosavakat (különösen a lizint és az arginint). A hisztonfehérjéket öt fő csoportra osztják - H1, H2A, H2B, H3 és H4. A négy H2A, H2B, H3 és H4 csoport aminosavszekvenciája alig különbözik a különféle élőlények között, míg a H1, az összekötő hiszton esetében eltérések vannak. A magokat tartalmazó madarakat tartalmazó vörösvértestekben a H1-et teljesen felváltotta egy másik fő hisztoncsoport, a H5.

A szekvenciák nagy hasonlósága a legtöbb hisztonfehérjében azt jelenti, hogy a legtöbb organizmusban a DNS "csomagolása" ugyanúgy zajlik, és a kapott háromdimenziós szerkezet ugyanolyan hatásos a hisztonok működésére. Az evolúció során a hisztonok fejlődésének nagyon korán meg kell történnie, és fenn kell tartania még az emlősök vagy emberek megjelenése előtt is.

Anatómia és felépítés

Amint egy sejtben egy egyedi bázisból (úgynevezett nukleotidok) új DNS-lánc képződik, azt "be kell csomagolni". Ehhez a hisztonfehérjék dimerizálódnak, amelyek mindegyike két tetramert képez. Végül, egy hisztonmag két tetramerből, a hiszton-oktamerből áll, amelyek körül a DNS-szál körültekerkedik és részben behatol. A hiszton-oktamer a csavart DNS-szálon belül háromdimenziós struktúrában található.

A nyolc hisztonfehérje és a körülöttük levő DNS-ek képezik a nukleoszóma teljes komplexét. A két nukleoszóma közötti DNS területet linker DNS-nek nevezzük, és körülbelül 20-80 nukleotidot tartalmaz. A linker DNS felelős a DNS "bejutásáért" és "kilépéséért" a hiszton-oktamerbe. Egy nukleoszóma tehát körülbelül 146 nukleotidból, egy linker DNS komponensből és nyolc hisztonfehérjéből áll, úgy, hogy a 146 nukleotid 1,65-szer átkerül a hiszton oktamer körül.

Ezenkívül az egyes nukleoszómák egy H1 molekulához vannak társítva, úgy, hogy a DNS belépési és kilépési pontjait az összekötő hiszton tartja össze, és a DNS kompaktsága növekszik. Egy nukleoszóma átmérője 10-30 nm körül van. Sok nukleoszóma kromatint képez, egy hosszú DNS-hiszton láncot, amely úgy néz ki, mint egy gyöngysor az elektronmikroszkóp alatt. A nukleoszómák azok a "gyöngyök", amelyeket a húrszerű DNS körül vesz körül vagy össze.

Számos nem hiszton fehérje támogatja az egyes nukleoszómák vagy a teljes kromatin képződését, amely végül az egyes kromoszómákat képezi, amikor egy sejt megosztódik. A kromoszómák a kromatin maximális tömörítésének típusai, és fénymikroszkóppal felismerhetők egy sejt magmagosztása során.

Funkció és feladatok

Mint fentebb említettük, a hisztonok pozitív töltésű bázikus fehérjék, tehát elektrosztatikus vonzás révén kölcsönhatásba lépnek a negatív töltésű DNS-sel. A DNS "körbekerül" a hiszton-oktamerek körül, így a DNS kompaktabbá válik, és illeszkedik az egyes sejtek magjába. A H1 funkciója a magasabb szintű kromatin szerkezet tömörítése, és elsősorban megakadályozza a transzkripciót és ezáltal a transzlációt, azaz ennek a DNS-résznek a transzlációját egy mRNS-en keresztül fehérjékké.

Attól függően, hogy a sejt "pihen" (interfázisban van) vagy osztódik-e, a kromatin kevésbé vagy erősebben kondenzálódik, azaz tele van. Az interfázisban a kromatin nagy részei kevésbé kondenzálódnak, ezért átírhatók mRNS-ekké, azaz olvashatók és később fehérjékké fordíthatók. A hisztonok szabályozzák az egyes gének génaktivitását a közelében, és lehetővé teszik a transzkripciót és az mRNS szálak létrehozását.

Amikor egy sejt osztódni kezd, a DNS-t nem fehérjékké fordítják át, hanem egyenletesen oszlanak el a létrehozott két lánysejt között. Ezért a kromatint erősen kondenzálja és a hisztonok ezen felül stabilizálják. A kromoszómák láthatóvá válnak, és sok más nem hiszton fehérje segítségével eloszthatók az újonnan megjelenő sejtekben.

betegségek

A hisztonok nélkülözhetetlenek egy új élőlény létrehozásában. Ha a hiszton gének mutációi miatt egy vagy több hiszton fehérje nem képződhet, ez a szervezet nem életképes, és a további fejlődést idő előtt leállítják. Ez elsősorban a hisztonok magas szekvencia-megőrzésének tudható be.

Jó ideje azonban ismert, hogy a tumorsejtek különféle hiszton génjeiben mutációk fordulhatnak elő különböző rosszindulatú agydaganatokban szenvedő gyermekekben és felnőttekben. A hiszton gének mutációit különösen az úgynevezett gliómákban írták le. Ezekben a daganatokban meghosszabbított kromoszóma farok is felfedezésre került. A kromoszómák ezeknek a telomerének nevezett szekciói általában felelősek a kromoszómák hosszú élettartamáért. Ebben az összefüggésben úgy tűnik, hogy a hisztonmutációval rendelkező daganatokban a hosszúkás telomerek túlélési előnyt biztosítanak ezeknek a degenerált sejteknek.

Időközben más rákfajták is ismertek, amelyekben mutációk vannak a különféle hiszton génekben, és így olyan mutált hiszton fehérjéket termelnek, amelyek nem vagy csak rosszul teljesítik szabályozási feladataikat. Ezeket az eredményeket jelenleg alkalmazzák a különösen rosszindulatú és agresszív daganatok kezelésének formáira.