Struttura proteica centrale dell’istone
Gli istoni sono altamente (più viola = più conservati) con (il blu è carica positiva, il rosso è carica negativa). A causa di questa carica positiva, interagiscono elettrostaticamente con i gruppi fosfato caricati negativamente nel DNA. Esistono cinque classi principali di istoni: H1 / H5, H2A, H2B, H3 e H4. Gli istoni,, e sono noti come istoni core, mentre gli istoni H1 e H5 sono noti come istoni linker.
I 4 istoni “core” (H2A, H2B, H3 e H4) sono relativamente simili in struttura e sono altamente conservati attraverso l’evoluzione, tutti caratterizzati da un motivo (che ne permette la facile dimerizzazione). Condividono anche la caratteristica delle lunghe “code” su un’estremità della struttura dell’amminoacido, che sono spesso modificate in modo covalente per regolare l’espressione genica.
Interazioni degli istoni con il DNA
Gli istoni sono i principali componenti proteici, agiscono come bobine attorno alle quali il DNA si avvolge e svolgono un ruolo nel gene regolamento. Senza istoni, il DNA svolto nei cromosomi sarebbe molto lungo; ogni cellula umana ha circa 1,8 metri di DNA, ma avvolta sugli istoni ha circa 90 micrometri (0,09 mm) di cromatina, che, se duplicati e condensati durante la mitosi, danno luogo a circa 120 micrometri di cromosomi. Il DNA è avvolto attorno ai nucleosomi con circa 50 paia di basi di DNA tra i nucleosomi successivi (noto anche come DNA linker). Gli istoni e il DNA assemblati sono chiamati cromatina. Durante la mitosi e la meiosi, i cromosomi condensati vengono assemblati tramite interazioni tra nucleosomi e altre proteine regolatrici.
Il nucleo nucleosomico è formato da due e a, formando due quasi per struttura terziaria. 147 paia di basi intorno a questa particella centrale 1,65 volte in una virata superelica sinistrorsa. Il linker istone H1 lega il nucleosoma e i siti di ingresso e uscita del DNA, bloccando così il DNA in posizione e consentendo la formazione di una struttura di ordine superiore.
In tutto, gli istoni fanno cinque tipi di interazioni con il DNA:
- da alfa-eliche in H2B, H3 e H4 causare l’accumulo di una carica netta positiva nel punto di interazione con gruppi fosfato caricati negativamente sul DNA
- Legami idrogeno tra la spina dorsale del DNA e il legame peptidico nella spina dorsale delle proteine istoniche
- Interazioni tra gli zuccheri istone e desossiribosio sul DNA
- tra catene laterali di amminoacidi basici (specialmente lisina e arginina) e ossigeni fosfatici sul DNA
- Inserimenti minori non specifici di solchi di H3 e H2B in due solchi minori ciascuno sulla molecola di DNA
In generale, i geni attivi hanno un istone meno legato, mentre i geni inattivi sono altamente associati agli istoni durante l’interfase. Sembra anche che la struttura degli istoni sia stata conservata dal punto di vista evolutivo, poiché qualsiasi mutazione deleteria sarebbe gravemente disadattiva.
Regolazione della cromatina
Gli istoni sono soggetti a modifica post-traduzionale da parte degli enzimi principalmente sulla loro Code N-terminali, ma anche nei loro domini globulari. Tali modifiche includono metilazione, acetilazione, fosforilazione, SUMOilazione, ubiquitinazione e ADP-ribosilazione. Ciò influisce sull’espressione genica. Anche il nucleo degli istoni H2A, H2B e H3 può essere modificato. Si ritiene che le combinazioni di modifiche costituiscano un codice, il cosiddetto “codice istonico”. Le modificazioni istoniche agiscono in diversi processi biologici come regolazione genica, riparazione del DNA, condensazione cromosomica (nella mitosi, spermatogenesi e meiosi).
La nomenclatura comune delle modificazioni istoniche è:
Quindi H3K4me1 indica la monometilazione del 4 ° residuo (una lisina) dall’inizio (cioè l’N-terminale) della proteina H3.
