Histonkerneproteinstruktur
Histoner er meget (mere lilla = mere konserveret) med (blå er positiv ladning, rød er negativ ladning). På grund af denne positive ladning interagerer de elektrostatisk med de negativt ladede fosfatgrupper i DNA. Der er fem hovedklasser af histoner: H1 / H5, H2A, H2B, H3 og H4. Histoner,, og er kendt som kernehistonerne, mens histoner H1 og H5 er kendt som linkerhistoner.
De 4 “kerne” histoner (H2A, H2B, H3 og H4) er relativt ens i struktur og er stærkt bevaret gennem evolution, alle med et motiv (som muliggør let dimerisering). De deler også træk ved lange “haler” i den ene ende af aminosyrestrukturen, som ofte modificeres kovalent for at regulere genekspression.
Histoninteraktioner med DNA
Histoner er de vigtigste proteinkomponenter i, der fungerer som spoler, omkring hvilke DNA vinder og spiller en rolle i genet regulering. Uden histoner ville det uopviklede DNA i kromosomer være meget langt; hver menneskelig celle har ca. 1,8 meter DNA, men såret på histonerne har den ca. 90 mikrometer (0,09 mm) kromatin, hvilket, når det duplikeres og kondenseres under mitose, resulterer i ca. 120 mikrometer kromosomer. DNA vikles omkring nukleosomer med ca. 50 basepar DNA mellem efterfølgende nukleosomer (også kaldet linker-DNA). De samlede histoner og DNA kaldes kromatin. Under mitose og meiose samles de kondenserede kromosomer gennem interaktioner mellem nukleosomer og andre regulatoriske proteiner.
Nukleosomkernen er dannet af to og a og danner to næsten ved tertiær struktur. 147 basepar omkring denne kernepartikel 1,65 gange i en venstrehåndet super-spiralformet drejning. Linker-histonen H1 binder nukleosomet og DNA’ets ind- og udgangssteder og låser således DNA’et på plads og tillader dannelse af struktur af højere orden.
I alt udgør histoner fem typer interaktioner med DNA:
- fra alfa-helices i H2B, H3 og H4 få en nettopositiv ladning til at ophobes ved interaktionen med negativt ladede fosfatgrupper på DNA
- Hydrogenbindinger mellem DNA-rygraden og peptidbindingen i rygraden af histonproteiner
- Interaktioner mellem histon- og deoxyribosesukker på DNA
- mellem sidekæder af basiske aminosyrer (især lysin og arginin) og phosphatoxygener på DNA
- Ikke-specifikke mindre rilleindsætninger af H3 og H2B i to mindre riller hver på DNA-molekylet
Generelt har gener, der er aktive, mindre bundet histon, mens inaktive gener er stærkt forbundet med histoner under interfasen. Det ser også ud til, at strukturen af histoner er blevet bevaret evolutionært, da eventuelle skadelige mutationer ville være alvorligt maladaptive.
Kromatinregulering
Histoner er genstand for post-translationel modifikation af enzymer primært på deres N-terminal haler, men også i deres kugleformede domæner. Sådanne modifikationer inkluderer methylering, acetylering, phosphorylering, SUMOylering, ubiquitinering og ADP-ribosylering. Dette påvirker genekspression. Kernen i histonerne H2A, H2B og H3 kan også modificeres. Kombinationer af ændringer antages at udgøre en kode, den såkaldte “histonkode”. Histonmodifikationer virker i forskellige biologiske processer såsom genregulering, DNA-reparation, kromosomkondensation (i mitose, spermatogenese og meiose).
Den fælles nomenklatur for histonmodifikationer er:
Så H3K4me1 betegner monomethyleringen af den 4. rest (en lysin) fra starten (dvs. N-terminalen) af H3-proteinet.
