Características, estrutura, tipos e funções de histonas

As histonas São proteínas básicas que interagem com o DNA para a formação de nucleossomos, que compõem os fios de cromatina constituintes de cromossomos em organismos eucarióticos.

Os nucleossomos, complexos formados pelo DNA e proteínas, foram descobertos em 1974 e são histonas que montam esse nível basal da organização da cromatina. No entanto, a existência de proteínas da histona é conhecida desde antes dos anos 60.

Representação gráfica de um nucleossomo com um centro octérico de histonas e DNA se inscreveu em torno dele (fonte: Jawahar Swaminathan e funcionários do MSD no Instituto Europeu de Bioinformática [Domínio Público] via Wikimedia Commons) via Wikimedia Commons)

As histonas são organizadas de tal maneira que o DNA de banda dupla é enrolado em torno de um centro de proteínas composto por essas proteínas que interagem estreitamente entre si. O centro de histona tem um disco e o DNA dá mais ou menos 1.7 giram em volta.

Múltiplas pontes de hidrogênio permitem a união do DNA ao centro de proteínas formado por histonas em cada nucleossomo. Esses links são formados principalmente entre os esqueletos de aminoácidos das histonas e o esqueleto de açúcar-fosfato do DNA. Algumas interações hidrofóbicas e ligações iônicas também participam.

Proteínas conhecidas como "Complexos de Remodeling de Cromatina" são responsáveis ​​pelo rompimento e formação de ligações uniões entre DNA e histonas, permitindo a entrada da maquinaria transcricional no DNA contido nos nucleossomos.

Apesar da proximidade dos ácidos nucleicos com o centro de proteínas formado pelas histonas, estes são dispostos de tal maneira que, se necessário, permitem a entrada de fatores de transcrição e outras proteínas relacionadas à expressão ou silenciamento genético.

Histonas pode sofrer várias modificações que geram várias variantes, possibilitando a existência de muitas formas diferentes de cromatina que têm a propriedade de modular a expressão genética de maneiras diferentes.

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Caracteristicas

Eles são das proteínas eukaryot mais preservadas na natureza. Foi demonstrado, por exemplo, que o histona H4 da ervilha difere em apenas duas das 102 posições de aminoácidos da proteína H4 de vaca.

Histonas são proteínas relativamente pequenas, com não mais que 140 aminoácidos. Eles são ricos em resíduos básicos de aminoácidos, por isso têm uma carga líquida positiva, o que contribui para sua interação com ácido nucleico, carga negativa, para formar nucleossomos.

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As histonas nucleossômicas e união ou ponte são conhecidas. As histonas nucleossômicas são H3, H4, H2A e H2B, enquanto as histonas da união pertencem à família H1 Histoneas.

Durante a montagem dos nucleossomos, dímeros específicos H3-H4 e H2A-H2B. Dois h3-h4 dímeros se juntam posteriormente para formar tetrâmeros que são posteriormente combinados com os diâmetros H2A-H2B, formando o centro octomico.

Todas as histonas são sintetizadas principalmente durante a fase S do ciclo celular, e os nucleossomos são montados nas hélices de DNA de mergulho, logo após o garfo de replicação.

Estrutura

A estrutura geral das histonas inclui uma região básica de aminoácidos e uma região globular altamente preservada entre organismos eucarióticos.

Um motivo estrutural conhecido como "histonas dobra", composto por três hélices alfa conectadas por dois garfos e que compõem um pequeno centro hidrofóbico, é responsável pelas interações proteína-proteína entre histonas que formam o nucleossomo.

É essa dobra de histonas que forma o domínio carboxil globular dessas proteínas nucleossômicas em todos os eucariotos.

Histonas também possuem pequenas "caudas" ou regiões amino-terminais e outros terminais carboxilos (acessíveis à protease), não mais que 40 aminoácidos de comprimento. Ambas as regiões são ricas em aminoácidos básicos que podem sofrer múltiplas modificações covalentes pós -atraídos.

Histones da União

Nos eucariotos, existem duas famílias de histonas sindicais, diferenciadas uma da outra por sua estrutura. Alguns têm uma estrutura tripartida, com o domínio globular descrito acima ladeado por domínios "não estruturados" dos terminais N e C-C; enquanto outros têm apenas um domínio C-terminal.

Embora a maioria das histonas seja preservada, durante a embriogênese ou maturação de células especializadas em alguns organismos, podem surgir variantes específicas. Algumas variações estruturais têm a ver com modificações pós -traducionais, como as que se seguem:

-Fosforilação: Pensa -se que está relacionado à modificação do grau de condensação da cromatina e é comumente dado em resíduos de serina.

-Acetilação: associado a regiões cromossômicas que são transcriptivamente ativas. Geralmente ocorre nas cadeias laterais de lisina. Quando ocorre nesse resíduo, sua carga positiva diminui, reduzindo assim a afinidade de proteínas pelo DNA.

-Metilação: Pode ocorrer como mono- ou banilação de resíduos de lisina que se destacam do núcleo de proteínas.

Enzimas específicas são responsáveis ​​por fazer essas modificações covalentes em histonas. Essas enzimas incluem as transfrassases de histona-acetil (HATS), complexos de histona-diacetil (HDACS) e histona-metiltransferae e desmetilase.

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Pessoal

A caracterização das histonas foi realizada por várias técnicas bioquímicas, entre as quais as cromatografias baseadas em resinas de troca catiônica fracas se destacam.

Certos autores estabelecem uma forma de classificação na qual 5 principais tipos de histonas são distinguidos nos eucariotos: FI, com proteínas de 21 kDa; F2a1 ou fertilização in vitro, cerca de 11.3 kDa; F2a2 ou fiibi, 14.5 kDa; F2B ou FIIB2, com um peso molecular de 13.7 KDA e F3 ou Fiii, 15.3 KDA.

Todos esses tipos de histonas, com exceção do grupo FI, são encontrados em quantidades equimolares nas células.

Outra classificação, com a mesma validade e talvez a mais usada hoje, propõe a existência de dois tipos diferentes de histonas, a saber: aqueles que fazem parte do octâmetro do nucleossomo e as histonas da união ou ponte, que se juntam aos nucleossomos entre sim.

Algumas variantes também podem ocorrer entre as espécies e, diferentemente das histonas de núcleo, as variantes são sintetizadas durante a interface e são inseridas na cromatina pré -formada através de um processo dependente da energia liberada da hidrólise ATP.

Histonas nucleossômicas

O centro de um nucleossomo consiste em algumas das quatro histonas constituintes: H2A, H2B, H3 e H4; em que segmentos de DNA de cerca de 145 pares de bases são embrulhados.

As histonas H4 e H2B são, em princípio, invariáveis. Algumas variações são evidentes, no entanto, nas histonas H3 e H2A, cujas propriedades biofísicas e bioquímicas alteram a natureza normal do nucleossomo.

Uma variante do H2A Histon em humanos, proteína H2A.Z tem uma grande região ácida e pode favorecer a estabilidade do nucleossomo, dependendo das variantes do H3 H3 com o qual está associado.

Essas histonas mostram alguma variabilidade entre as espécies, sendo um caso especial do histona h2b, para o qual o primeiro terço da molécula é altamente variável.

Histones da União

As histonas de união ou ponte são as histonas do H1. Estes são responsáveis ​​pela união entre nucleossomos e a proteção do DNA que se destaca no início e no fim de cada partícula.

Ao contrário das histonas nucleossômicas, nem todas as histonas H1 têm a região globular da histona "dobra". Essas proteínas se ligam ao DNA entre os nucleossomos, facilitando uma mudança no equilíbrio da cromatina em direção a um estado mais condensado e menos ativo, falando transcricionalmente.

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Estudos relacionaram essas histonas ao envelhecimento, reparo de processos de DNA e apoptótico, por isso pensa -se que eles têm um papel crucial na manutenção da integridade genômica.

Funções

Todo o desperdício de aminoácidos das histonas participa, de uma maneira ou de outra, em sua interação com o DNA, o que explica o fato de que elas são tão preservadas entre os reinos dos organismos eucarióticos.

A participação de histonas na embalagem do DNA na cromatina é de grande relevância para organismos multicelulares complexos, nos quais diferentes linhagens celulares podem se especializar apenas alterando a acessibilidade de seus genes para máquinas transcritivas.

As regiões genômicas transcricionalmente ativas são densas em nucleossomos, o que sugere que a associação do DNA com proteínas de histona é crucial para a regulação negativa ou positiva de sua transcrição.

Da mesma forma, ao longo da vida de uma célula, a resposta a um grande número de estímulos, internos e externos, depende de pequenas mudanças na cromatina, que normalmente têm a ver com remodelação e pós -modificação translacional das histonas encontradas em estreita relação com DNA.

Variáveis ​​múltiplas de histonas exercem diferentes funções em eucariotos. Um deles tem a ver com a participação de uma variante da histona H3 na formação de estruturas centroméricas responsáveis ​​pela segregação de cromossomos durante a mitose.

Foi demonstrado que a contraparte desta proteína em outros eucariotos é essencial para a montagem da proteína KNETCHOR.

Referências

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