хистони са част от клетъчните ядра. Тяхното присъствие е отличителна черта между едноклетъчните организми (бактерии) и многоклетъчните организми (хора, животни или растения). Много малко бактериални щамове имат протеини, подобни на хистоните. Еволюцията произвежда хистони с цел по-добро и по-ефективно приспособяване на много дългата верига на ДНК, позната още като генетичен материал, в клетките на висшите живи същества. Защото ако човешкият геном беше размотан, той би бил дълъг приблизително 1-2 м, в зависимост от клетъчния стадий, в който се намира клетката.
Какво представляват хистоните?
При по-силно развитите живи същества, хистоните се срещат в клетъчните ядра и имат висок дял положително заредени аминокиселини (особено лизин и аргинин). Хистоновите протеини са разделени на пет основни групи - H1, H2A, H2B, H3 и H4. Последователностите на аминокиселините от четирите групи H2A, H2B, H3 и H4 почти не се различават между различните живи същества, докато има повече разлики за H1, свързващ хистон. В случая на червените кръвни клетки на птиците, съдържащи ядрото, H1 дори е напълно заменен от друга основна хистонова група, наречена H5.
Голямото сходство на последователностите в повечето протеини от хистон означава, че при повечето организми „опаковането“ на ДНК се случва по същия начин и получената триизмерна структура е еднакво ефективна за функцията на хистоните. В хода на еволюцията развитието на хистоните трябва да се е случило много рано и трябва да се поддържа дори преди появата на бозайници или хора.
Анатомия и структура
Щом се създаде нова ДНК верига от отделни бази (наречени нуклеотиди) в клетка, тя трябва да бъде "опакована". За тази цел хистонните протеини се димеризират, които след това всеки образуват два тетрамера. Накрая, хистонното ядро се състои от два тетрамера, хистоновия октамер, около който е обвита и частично прониква нишката на ДНК. По този начин хистонният октамер е разположен в триизмерната структура в усуканата верига на ДНК.
Осемте хистонови протеина с ДНК около тях образуват целия комплекс от нуклеозома. Площта на ДНК между две нуклеозоми се нарича линкерна ДНК и се състои от около 20-80 нуклеотида. Linker DNA е отговорен за "влизането" на ДНК и "напускането" на хистоновия октамер. Следователно нуклеозомата се състои от приблизително 146 нуклеотиди, компонент на линкерна ДНК и осем хистонови протеина, така че 146 нуклеотиди се увиват 1,65 пъти около хистоновия октамер.
Освен това всяка нуклеозома е свързана с Н1 молекула, така че входните и изходните точки на ДНК се държат заедно от свързващия хистон и компактността на ДНК се увеличава. Нуклеозомата е с диаметър около 10-30 nm. Много нуклеозоми образуват хроматин, дълга верига на ДНК-хистон, която прилича на струна от перли под електронния микроскоп. Нуклеозомите са "перлите", които са заобиколени или свързани от струноподобната ДНК.
Редица нехистонови протеини подпомагат образуването на отделните нуклеозоми или този на целия хроматин, който в крайна сметка образува отделните хромозоми, когато клетката трябва да се дели. Хромозомите са максималният тип компресия на хроматина и могат да бъдат разпознати чрез лека микроскопия по време на ядреното делене на клетката.
Функция и задачи
Както бе споменато по-горе, хистоните са основни протеини с положителен заряд, така че те взаимодействат с отрицателно заредената ДНК чрез електростатично привличане. ДНК се „увива“ около хистоновите октамери, така че ДНК става по-компактна и се вписва в ядрото на всяка клетка. Н1 има функцията да компресира структурата на суперардинатния хроматин и най-вече предотвратява транскрипцията и по този начин транслацията, т.е. превода на тази ДНК част в протеини чрез иРНК.
В зависимост от това дали клетката „почива“ (интерфаза) или се дели, хроматинът е по-малко или по-силно кондензиран, т.е. В интерфазата големите части на хроматина са по-малко кондензирани и следователно могат да бъдат транскрибирани в мРНК, т.е. прочетени и по-късно преведени в протеини. Хистоните регулират генната активност на отделни гени в тяхна близост и позволяват транскрипцията и създаването на мРНК нишки.
Когато клетката започне да се дели, ДНК не се превежда на протеини, а се разпределя равномерно между двете дъщерни клетки, които са създадени. Следователно хроматинът е силно кондензиран и допълнително стабилизиран от хистоните. Хромозомите стават видими и могат да бъдат разпределени в новопоявилите се клетки с помощта на много други нехистонови протеини.
заболявания
Хистоните са от съществено значение за създаването на ново живо същество. Ако поради мутации в хистоновите гени един или повече от хистоновите протеини не могат да се образуват, този организъм не е жизнеспособен и по-нататъшното му развитие се спира преждевременно. Това се дължи главно на високата запазване на последователността на хистоните.
От известно време обаче е известно, че при деца и възрастни с различни злокачествени мозъчни тумори могат да възникнат мутации в различните хистонови гени на туморните клетки. Мутациите в хистоновите гени са описани особено при така наречените глиоми. При тези тумори са открити и удължени хромозомни опашки. Тези крайни секции на хромозомите, наречени теломери, обикновено са отговорни за дълголетието на хромозомите. В този контекст изглежда, че удължените теломери в туморите с хистонови мутации дават на тези дегенерирани клетки предимство за оцеляване.
Междувременно са известни и други видове рак, които имат мутации в различните хистонови гени и така произвеждат мутирали хистонови протеини, които не изпълняват или само лошо изпълняват регулаторните си задачи. Тези открития в момента се използват за разработване на форми на терапия за особено злокачествени и агресивни тумори.
