Histonele sunt o componentă a nucleilor celulari. Prezența lor este o trăsătură distinctivă între organismele unicelulare (bacterii) și organisme multicelulare (oameni, animale sau plante). Doar foarte puține tulpini bacteriene posedă proteine care sunt similare cu histonele. Evoluția a produs histone pentru a acomoda mai bine și mai eficient lanțul ADN foarte lung, numit și material genetic, în celulele organismelor superioare. Acest lucru se datorează faptului că, dacă genomul uman ar fi înfășurat, acesta ar avea o lungime totală de aproximativ 1-2 m, în funcție de stadiul celular în care se află o celulă.
Ce sunt histonele?
În organismele mai dezvoltate, histonele se găsesc în nucleele celulelor și au un conținut ridicat de încărcare pozitivă aminoacizi (în principal lizină și arginină). Histonă proteine sunt împărțite în cinci grupe principale - H1, H2A, H2B, H3 și H4. Între diferite organisme, secvențele de aminoacizi ale celor patru grupuri H2A, H2B, H3 și H4 diferă puțin, în timp ce există mai multe diferențe pentru H1, o histonă de legătură. În roșu nucleate sânge celulele păsărilor, H1 este chiar complet înlocuit de un alt grup major de histone, numit H5. Gradul ridicat de similaritate a secvenței în majoritatea histonelor proteine înseamnă că în majoritatea organismelor „ambalarea” ADN-ului are loc în același mod, iar structura tridimensională rezultată este la fel de eficientă pentru funcția histonică. Astfel, pe parcursul evoluției, dezvoltarea histonelor trebuie să fi avut loc foarte devreme și să fie menținută în acest mod, chiar înainte ca mamiferele sau oamenii să evolueze.
Anatomie și structură
Odată un nou lanț ADN al individului Baze de (numite nucleotide) se formează într-o celulă, trebuie să fie „ambalată”. Pentru a face acest lucru, proteinele histonice se dimerizează, fiecare dintre acestea formând apoi doi tetrameri. În cele din urmă, un nucleu de histonă este format din doi tetrameri, octamerul de histonă, în jurul căruia firul ADN se înfășoară și pătrunde parțial. Astfel, histonele octamer se află în structura tridimensională din catena de ADN înfășurat. Cele opt proteine histonice cu ADN-ul din jurul lor formează complexul general al unui nucleozom. Regiunea ADN dintre doi nucleozomi se numește ADN linker și cuprinde aproximativ 20-80 nucleotide. ADN-ul linker este responsabil pentru „intrarea” și „ieșirea” ADN-ului în histonul octamer. Astfel, un nucleozom este format din aproximativ 146 nucleotide, o porțiune ADN linker și opt proteine histonice, astfel încât cele 146 nucleotide se înfășoară în jurul histonei octamer de 1.65 ori. Mai mult, fiecare nucleozom este asociat cu o moleculă H1, astfel încât locurile de intrare și ieșire ale ADN-ului sunt ținute împreună de histona linker, crescând compactitatea ADN-ului. Un nucleozom are aproximativ 10-30 nm în diametru. Se formează mulți nucleozomi cromatină, un lanț lung ADN-histonă care arată ca un șir de margele sub microscopul electronic. Nucleozomii sunt „margele” care sunt înconjurate sau conectate de ADN-ul de tip șir. Câteva proteine non-histonice susțin formarea nucleozomilor individuali sau a întregului cromatină, care formează în cele din urmă individul cromozomi când o celulă urmează să se împartă. Cromozomii sunt tipul maxim de condensare a cromatină și sunt vizibile prin microscopie cu lumină în timpul diviziunii nucleare a unei celule.
Funcția și sarcinile
Așa cum s-a menționat mai sus, histonele sunt proteine de bază cu o sarcină pozitivă, deci interacționează cu ADN încărcat negativ prin atracție electrostatică. ADN-ul „înfășoară” octamerii histonici în așa fel încât ADN-ul să devină mai compact și să se încadreze în nucleul fiecărei celule. În acest proces, H1 are funcția de compactare a structurii cromatinei superordonate și de obicei previne transcrierea și, astfel, translația, adică translația acestei porțiuni de ADN în proteine printr-un ARNm. În funcție de faptul dacă celula se „odihnește” (interfază) sau se divizează, cromatina este mai puțin sau mai condensată, adică ambalată. În interfază, porțiuni mari de cromatină sunt mai puțin condensate și, prin urmare, pot fi transcrise în ARNm, adică citite și ulterior traduse în proteine. Astfel, histonele reglează genă activitatea genelor individuale în vecinătatea lor și permit transcrierea și formarea de catene de ARNm. Când o celulă intră în diviziunea celulară, ADN-ul nu se traduce în proteine, ci este distribuit uniform între cele două celule fiice care se formează. Prin urmare, cromatina este foarte condensată și stabilizată suplimentar de histone cromozomi devin vizibile și pot fi distribuite către celulele nou formate cu ajutorul multor alte proteine non-histonice.
Boli
Histonele sunt esențiale în formarea unei noi ființe vii. Dacă, din cauza mutațiilor genelor histonice, una sau mai multe dintre proteinele histonice nu se pot forma, acel organism nu este viabil și dezvoltarea ulterioară se termină prematur. Acest lucru se datorează în principal conservării secvenței ridicate a histonelor. Cu toate acestea, se știe de ceva timp că la copii și adulți cu diverse maligne creier tumori, mutații pot apărea în diferitele gene histonice ale celulelor tumorale. Mai ales în așa-numitele glioamele, au fost descrise mutații în genele histonice. De asemenea, au fost descoperite piese de capăt alungite ale cromozomilor în aceste tumori. Acestea, numite telomerii, secțiunile finale ale cromozomilor sunt în mod normal responsabile pentru longevitatea cromozomilor. În acest context, se pare că alungitul telomerii în tumorile cu mutații histonice oferă acestor celule degenerate un avantaj de supraviețuire. Între timp, alte tipuri de cancer se știe că au mutații în diferitele gene histonice și astfel produc proteine histonice mutante care nu își îndeplinesc sarcinile de reglare sau o fac doar slab. Aceste descoperiri sunt utilizate în prezent pentru a dezvolta forme de terapie pentru tumori deosebit de maligne și agresive.
