The histon adalah protein dasar yang berinteraksi dengan DNA untuk membentuk nukleosom, yang membentuk untaian konstituen kromatin kromosom pada eukariota.
Nukleosom, kompleks yang terdiri dari DNA dan protein, ditemukan pada tahun 1974 dan histon-lah yang menyusun tingkat dasar organisasi kromatin ini. Namun keberadaan protein histon sudah dikenal sejak sebelum tahun 1960-an.
Representasi grafis dari nukleosom dengan pusat oktamerik histon dan DNA melingkar di sekitarnya (Sumber: Jawahar Swaminathan dan staf MSD di European Bioinformatics Institute melalui Wikimedia Commons)
Histon diatur sedemikian rupa sehingga DNA untai ganda membungkus pusat protein yang terdiri dari protein-protein ini yang berinteraksi erat satu sama lain. Pusat histon berbentuk cakram, dan DNA berputar 1,7 kali.
Beberapa ikatan hidrogen memungkinkan DNA untuk mengikat pusat protein yang dibentuk oleh histon di setiap nukleosom. Ikatan ini sebagian besar terbentuk antara tulang punggung asam amino histon dan tulang punggung gula-fosfat DNA. Beberapa interaksi hidrofobik dan ikatan ionik juga berpartisipasi.
Protein yang dikenal sebagai "kompleks pemodelan ulang kromatin" bertanggung jawab untuk memutus dan membentuk hubungan persimpangan antara DNA dan histon, memungkinkan mesin transkripsi untuk memasuki DNA yang terkandung dalam nukleosom.
Terlepas dari 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 adanya berbagai bentuk kromatin yang memiliki sifat modulasi ekspresi gen dengan cara yang berbeda.
karakteristik
Mereka adalah salah satu protein eukariotik yang paling dilestarikan di alam. Misalnya, pea histone H4 telah terbukti berbeda hanya pada dua dari 102 posisi asam amino dari protein H4 sapi.
Histon adalah protein yang relatif kecil, dengan tidak lebih dari 140 asam amino. Mereka kaya akan residu asam amino basa, sehingga memiliki muatan positif bersih, yang berkontribusi pada interaksinya dengan asam nukleat bermuatan negatif untuk membentuk nukleosom.
Histon nukleosom dan penghubung diketahui. Histon nukleosomal adalah H3, H4, H2A dan H2B, sedangkan histon pengikat termasuk dalam famili histon H1.
Selama perakitan nukleosom, dimer spesifik H3-H4 dan H2A-H2B awalnya terbentuk. Dua dimer H3-H4 kemudian bergabung membentuk tetramer yang kemudian bergabung dengan dimer H2A-H2B, membentuk pusat oktamerik.
Semua histon disintesis terutama selama fase S dari siklus sel, dan nukleosom dirakit di heliks DNA yang baru lahir, tepat setelah garpu replikasi.
Struktur
Struktur umum histon meliputi daerah asam amino basa dan daerah karboksil globular yang sangat terkonservasi di antara organisme eukariotik.
Motif struktural yang dikenal sebagai "lipatan histone", 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 menyusun nukleosom.
Lipatan histon inilah yang membentuk domain karboksil globular dari protein nukleosom ini di semua eukariota.
Histon juga memiliki "ekor" kecil atau terminal amino dan daerah terminal karboksil lainnya (dapat diakses oleh protease), panjangnya tidak lebih dari 40 asam amino. Kedua daerah kaya akan asam amino dasar yang dapat mengalami beberapa modifikasi kovalen pasca-translasi.
Mengikat histon
Pada eukariota ada dua keluarga histon pengikat, yang 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 dikonservasi, varian spesifik dapat muncul selama embriogenesis atau pematangan sel khusus pada 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 : terkait dengan daerah kromosom yang aktif secara transkripsi. Biasanya terjadi pada rantai samping residu lisin. Ketika terjadi pada residu ini, muatan positifnya menurun, 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 untuk membuat 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 adalah kromatografi berbasis resin penukar kation lemah.
Penulis tertentu menetapkan bentuk klasifikasi di mana 5 tipe utama histon dibedakan pada eukariota: FI, dengan protein 21 kDa; F2A1 atau FIV, 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, dengan pengecualian grup IF, ditemukan dalam jumlah ekuimolar dalam sel.
Klasifikasi lain, dengan validitas yang sama dan mungkin yang paling banyak digunakan saat ini, mengusulkan adanya dua jenis histon yang berbeda, yaitu: yang merupakan bagian dari oktamer nukleosom dan histon pengikat atau penghubung, yang bergabung dengan nukleosom antara Iya.
Beberapa varian juga dapat terjadi di antara spesies dan tidak seperti histon inti, varian disintesis selama interfase dan dimasukkan ke dalam kromatin yang dibentuk sebelumnya melalui proses yang bergantung pada energi yang dilepaskan dari hidrolisis ATP.
Histon nukleosom
Pusat nukleosom terdiri dari sepasang yang masing-masing terdiri dari empat histon penyusun: H2a, H2b, H3, dan H4; di mana segmen DNA dari sekitar 145 pasangan basa terluka.
Histon H4 dan H2B, pada prinsipnya, tidak berubah. Beberapa variasi terbukti, bagaimanapun, pada histon H3 dan H2A, yang sifat biofisik dan biokimianya mengubah sifat normal nukleosom.
Varian histon H2A pada manusia, protein H2A.Z memiliki wilayah asam yang besar dan dapat meningkatkan stabilitas nukleosom tergantung pada varian histon H3 yang terkait.
Histon ini menunjukkan variabilitas tertentu antar spesies, kasus khusus adalah histon H2B, di mana sepertiga pertama molekulnya sangat bervariasi.
Mengikat histon
Histon yang mengikat atau menjembatani adalah histon kelas H1. Ini bertanggung jawab atas 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 region globular dari "lipatan" histon. Protein ini mengikat DNA di antara nukleosom, memfasilitasi pergeseran keseimbangan kromatin menuju keadaan yang lebih padat dan kurang aktif, secara transkripsi.
Studi telah mengaitkan 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 interaksi mereka dengan DNA, yang menjelaskan fakta bahwa mereka begitu terkonservasi di antara kerajaan organisme eukariotik.
Partisipasi histon dalam pengemasan DNA dalam bentuk kromatin sangat relevan untuk organisme multisel yang kompleks di mana garis sel yang berbeda dapat mengkhususkan hanya dengan mengubah aksesibilitas gen mereka ke mesin transkripsi.
Daerah genom yang aktif secara transkripsi padat dalam nukleosom, menunjukkan bahwa hubungan DNA dengan protein histon sangat penting untuk regulasi transkripsi yang negatif atau positif.
Demikian juga, sepanjang umur sel, respons terhadap sejumlah besar rangsangan, baik internal maupun eksternal, bergantung pada perubahan kecil dalam kromatin, yang biasanya berkaitan dengan renovasi dan modifikasi pasca-translasi dari histon yang ditemukan di hubungan dekat dengan DNA.
Beberapa variabel histon melayani fungsi yang berbeda pada eukariota. Salah satunya berkaitan dengan partisipasi varian histon H3 dalam pembentukan struktur sentromerik yang bertanggung jawab atas segregasi kromosom selama mitosis.
Pasangan protein ini pada eukariota lain telah terbukti penting untuk perakitan kinetokor protein yang mengikat mikrotubulus spindel selama mitosis dan meiosis.
Referensi
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (edisi ke-6th). New York: Ilmu Garland.
- Campos, EI, & Reinberg, D. (2009). Histones: Memberi Keterangan Kromatin. Annu. Rev. Genet. , 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 Variant Histones menjadi Chromatin. Annu. Rev. Cell. Dev. Biol., 21, 133-153.
- Isenberg, I. (1979). Histones. Annu. Pdt. Biochem. , 48, 159–191.
- Kornberg, RD, & Thomas, JO (1974). Struktur Kromatin: Oligomer dari Histones. Sains, 184 (4139), 865-868.
- Smith, E., DeLange, R., & Bonner, J. (1970). Kimia dan Biologi Histones. Ulasan Fisiologis, 50 (2), 159–170.