Histon-kerneiwitstructuur
Histonen zijn sterk (meer paars = meer geconserveerd) met (blauw is positieve lading, rood is negatieve lading). Vanwege deze positieve lading werken ze elektrostatisch in met de negatief geladen fosfaatgroepen in DNA. Er zijn vijf hoofdklassen histonen: H1 / H5, H2A, H2B, H3 en H4. Histonen“ en staan bekend als de kernhistonen, terwijl histonen H1 en H5 bekend staan als de linkerhistonen.
De 4 ‘kern’-histonen (H2A, H2B, H3 en H4) zijn relatief vergelijkbaar in structuur en zijn sterk geconserveerd door evolutie, allemaal met een motief (wat de gemakkelijke dimerisatie mogelijk maakt). Ze delen ook het kenmerk van lange “staarten” aan het ene uiteinde van de aminozuurstructuur, die vaak covalent worden gemodificeerd om genexpressie te reguleren.
Histon-interacties met DNA
Histonen zijn de belangrijkste eiwitcomponenten van, fungeren als spoelen waar het DNA omheen slingert en spelen een rol in gen regulatie. Zonder histonen zou het niet-afgewikkelde DNA in chromosomen erg lang zijn; elke menselijke cel heeft ongeveer 1,8 meter DNA, maar op de histonen gewonden heeft het ongeveer 90 micrometer (0,09 mm) chromatine, dat, wanneer gedupliceerd en gecondenseerd tijdens mitose, resulteert in ongeveer 120 micrometer chromosomen. DNA wordt rond nucleosomen gewikkeld met ongeveer 50 basenparen DNA tussen opeenvolgende nucleosomen (ook wel linker-DNA genoemd). De geassembleerde histonen en het DNA worden chromatine genoemd. Tijdens mitose en meiose worden de gecondenseerde chromosomen geassembleerd door interacties tussen nucleosomen en andere regulerende eiwitten.
De nucleosoomkern bestaat uit twee en een, die er bijna twee vormen. tertiaire structuur. 147 basenparen rond dit kerndeeltje 1,65 keer in een linkshandige super-helix bocht. De linker histon H1 bindt het nucleosoom en de ingangs- en uitgangsplaatsen van het DNA, waardoor het DNA op zijn plaats wordt vergrendeld en de vorming van een hogere orde structuur mogelijk wordt gemaakt.
In totaal maken histonen vijf soorten interacties met DNA:
- van alfahelices in H2B, H3 en H4 een netto positieve lading ophopen op het punt van interactie met negatief geladen fosfaatgroepen op DNA
- Waterstofbindingen tussen de DNA-ruggengraat en de peptidebinding in de ruggengraat van histoneiwitten
- Interacties tussen de histon- en deoxyribosesuikers op DNA
- tussen zijketens van basische aminozuren (vooral lysine en arginine) en fosfaatzuurstofatomen op DNA
- Niet-specifieke kleine groefinserties van de H3 en H2B in twee kleine groeven elk op het DNA-molecuul
In het algemeen hebben genen die actief zijn minder gebonden histon, terwijl inactieve genen sterk geassocieerd zijn met histonen tijdens interfase. Het lijkt er ook op dat de structuur van histonen evolutionair geconserveerd is gebleven, aangezien schadelijke mutaties ernstig onaangepast zouden zijn.
Chromatinegulatie
Histonen zijn onderhevig aan post-translationele modificatie door enzymen, voornamelijk op hun N-terminale staarten, maar ook in hun bolvormige domeinen. Dergelijke modificaties omvatten methylering, acetylering, fosforylering, SUMOylering, ubiquitinering en ADP-ribosylering. Dit beïnvloedt de genexpressie. De kern van de histonen H2A, H2B en H3 kan ook worden gewijzigd. Aangenomen wordt dat combinaties van wijzigingen een code vormen, de zogenaamde “histoncode”. Histonmodificaties werken in diverse biologische processen, zoals genregulatie, DNA-herstel, chromosoomcondensatie (in mitose, spermatogenese en meiose).
De algemene nomenclatuur van histonmodificaties is:
Dus H3K4me1 staat voor de monomethylering van het 4e residu (een lysine) vanaf het begin (dwz het N-uiteinde) van het H3-eiwit.
