Histony – czym są i jakie pełnią funkcje? Rodzaje i modyfikacje

Histony to zasadowe białka neutralizujące i wiążące kwas deoksyrybonukleinowy, wchodzące w skład chromatyny. Są rdzeniem, na który nawinięta jest nić kwasu deoksyrybonukleinowego, w którym zakodowane są informacje dotyczące wyglądu, ale i predyspozycje do zapadania na różne choroby. Histony są konserwatywne ewolucyjnie.

Rdzeń każdego histonu jest niepolarną domeną globulinową. Polarne są zaś obydwa końce, zawierające aminokwasy zasadowe (odpowiadają za polarność cząsteczki). Motyw C-końcowy nazywany jest zawinięciem histonowym. Ogon histonu (motyw N-końcowy) często podlega modyfikacjom potranslacyjnym. Pod wpływem przyczepiających się do histonów substancji DNA zaczyna do nich przylegać słabiej bądź mocniej. Odcinki środkowe zwykle się nie zmieniają.

Co jeszcze o nich wiadomo? Okazuje się, że histon ma niedużą masę cząsteczkową (poniżej 23 kDa). Charakteryzuje się dużą zawartością aminokwasów zasadowych (głównie lizyny i argininy). Wiąże się z helisą DNA, tworząc elektrycznie obojętne nukleoproteiny.

Wraz z cząsteczkami DNA histony tworzą materiał genetyczny organizmu, który uformowany w chromosomy, które składają się z nici DNA. Razem z kwasem deoksyrybonukleinowym tworzą chromatynę oraz jej jednostki strukturalne, zwane nukleosomami (ziarna białkowe, na które nawinięty jest łańcuch DNA). Chromatyna jest główną składową chromosomów.

Wyróżnia się 5 typów białek histonowych: H2A, H2B, H3 i H4 oraz H1. Co o nich wiemy? Histon H, zwany czasem histonem łącznikowym, jest największy, najbardziej zasadowy i znamienny. Spina DNA wchodzące i schodzące z nukleosomu. Histony H3 i H4 są najbardziej konserwatywne ewolucyjnie. Histony H2A, H2B, H3 i H4 tworzą rdzeń nukleosomu.

Histony charakteryzują się dużą zawartością aminokwasów zasadowych, zwłaszcza lizyny i argininy, co nadaje im właściwości polikationów. Histony H1, H2A oraz H2B są szczególnie bogate w lizynę, zaś histony H3 i H4 - w argininę.

Końce histonów mogą ulegać z reguły odwracalnym modyfikacjom potranslacyjnym, która polega na dołączaniu cząstek. Podlegają nim liczne reszty aminokwasowe znajdujące się we wszystkich histonach rdzeniowych. Modyfikacje potranslacyjne powodują rozluźnienie chromatyny, co jest konieczne do przeprowadzenia replikacji DNA lub transkrypcji.

Modyfikacje mogą polegać na przyłączeniu dużych cząsteczek, jak w przypadku ubikwitynylacji i sumoilacji, ale i niewielkich grup, takich jak reszta metylowa, acetylowa czy fosforanowa. Najczęstsze modyfikacje, którym podlegają histony w trakcie cyklu komórkowego, to:

• acetylacja - podstawienie atomu wodoru grupą acetylową,
• ubikwitynacja - przyłączenie cząsteczek ubikwityny.,
• fosforylacja - przyłączanie reszt fosforanowych,
• metylacja - przyłączanie grup metylowych.

Metylacja i demetylacja to modyfikacje, które są rzadko spotykane wśród innych białek. Modyfikacje histonów mają duży wpływ na łączenie się jednostek strukturalnych chromatyny (nukleosomów). Oznacza to, że oddziałują na integralność całego genomu.

Histony pełnią funkcję rdzenia, na którym nawinięta jest informacja genetyczna, ponadto biorą udział w modyfikacji potranslacyjnej (przepisywanie i kopiowanie informacji genetycznej następuje podczas podziałów komórek), odpowiadają za zmiany epigenetyczne w organizmie.

Ponadto histony kontrolują, czy zakodowana cecha osobnicza zostanie ujawniona czy też nie. Ale na tym ich rola się nie kończy. Dowiedziono, że histony wykazują silnie właściwości przeciwbakteryjne, mogą stanowić część odporności wrodzonej.

Funkcja histonów, małych białek o odczynie zasadowym, nie jest do końca poznana. To wiąże się z wieloma nadziejami. Być może dzięki odkryciom będzie można zapobiegać chorobom genetycznym? Niedawno ustalono, że histony mogą podlegać modyfikacjom. Dzięki temu ujawnianie informacji genetycznej może mieć charakter zmienny. Z kolei modyfikacja epigenetyczna histonów może mieć zastosowanie w leczeniu wielu chorób, w tym nowotworów. Być może będzie to możliwe, gdy naukowcy ustalą, jak manipulować systemem, by zwiększyć zawartość histonów.