Гистон H1 является одним из пяти основных семейств гистоновых белков, которые являются компонентами хроматина в эукариотических клетках. Хотя этот гистон высококонсервативен , он, тем не менее, является наиболее изменчивым гистоном в последовательности у разных видов.
линкерный гистон H1 и семейство H5 | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||||
Символ | Linker_histone | |||||||||
Pfam | PF00538 | |||||||||
ИнтерПро | IPR005818 | |||||||||
УМНАЯ | SM00526 | |||||||||
SCOP2 | 1hst / SCOPe / SUPFAM | |||||||||
|
Состав
Белки Metazoan H1 имеют центральный глобулярный домен «крылатой спирали» и длинные C- и короткие N-концевые хвосты. H1 участвует в упаковке субструктур «бусинки на нити» в структуру высокого порядка, детали которой еще не решены. [1] H1, обнаруженный у протистов и бактерий, иначе известный как нуклеопротеины HC1 и HC2 ( Pfam PF07432 , PF07382 ), лишен центрального домена и N-концевого хвоста. [2]
H1 менее консервативен, чем коровые гистоны. Глобулярный домен является наиболее консервативной частью H1. [3]
Функция
В отличие от других гистонов, H1 не составляет «бусинки» нуклеосомы . Вместо этого он сидит на вершине структуры, удерживая на месте ДНК, которая обернута вокруг нуклеосомы. H1 присутствует в половине количества других четырех гистонов, которые вносят две молекулы в каждую бусину нуклеосомы. Помимо связывания с нуклеосомой, белок H1 связывается с «линкерной ДНК» (приблизительно 20-80 нуклеотидов в длину) между нуклеосомами, помогая стабилизировать зигзагообразное 30-нм волокно хроматина. [4] Многое было известно о гистоне H1 из исследований очищенных волокон хроматина . Ионная экстракция линкерных гистонов из нативного или восстановленного хроматина способствует его разворачиванию в гипотонических условиях от волокон шириной 30 нм до массивов нуклеосом в виде шариков на нитке. [5] [6] [7]
Неизвестно, способствует ли H1 соленоидоподобному волокну хроматина, в котором экспонированная линкерная ДНК укорачивается, или он просто способствует изменению угла соседних нуклеосом, не влияя на длину линкера [8]. Однако было продемонстрировано, что линкерные гистоны способны управлять уплотнением волокон хроматина, которые были восстановлены in vitro с использованием синтетических массивов ДНК из сильного позиционирующего элемента нуклеосомы «601». [9] Эксперименты по расщеплению нуклеаз и ДНК-следам предполагают, что глобулярный домен гистона H1 располагается рядом с диадой нуклеосом, где он защищает примерно 15-30 пар оснований дополнительной ДНК. [10] [11] [12] [13] Кроме того, эксперименты с восстановленным хроматином выявляют характерный стержневой мотив в диаде в присутствии H1. [14] Несмотря на пробелы в нашем понимании, возникла общая модель, в которой глобулярный домен H1 закрывает нуклеосому путем сшивания входящей и исходящей ДНК, в то время как хвост связывается с линкерной ДНК и нейтрализует ее отрицательный заряд. [8] [12]
Многие эксперименты, касающиеся функции H1, были выполнены на очищенном, процессированном хроматине в условиях с низким содержанием соли, но роль H1 in vivo менее определена. Клеточные исследования показали, что сверхэкспрессия H1 может вызывать аберрантную морфологию ядра и структуру хроматина, и что H1 может служить как положительным, так и отрицательным регулятором транскрипции, в зависимости от гена. [15] [16] [17] В экстрактах яиц Xenopus истощение линкерных гистонов вызывает ~ 2-кратное продольное удлинение митотических хромосом, в то время как сверхэкспрессия вызывает гиперкомпактность хромосом в неразрывную массу. [18] [19] Полный нокаут H1 in vivo не был достигнут у многоклеточных организмов из-за существования нескольких изоформ, которые могут присутствовать в нескольких кластерах генов, но различные изоформы линкерных гистонов были истощены в разной степени в Tetrahymena, C ye elegans, Arabidopsis, плодовых мух и мышей, что приводит к различным специфическим для организма дефектам в морфологии ядра, структуре хроматина, метилированию ДНК и / или специфической экспрессии генов. [20] [21] [22]
Динамика
В то время как большая часть гистона H1 в ядре связана с хроматином, молекулы H1 перемещаются между областями хроматина с довольно высокой скоростью. [23] [24]
Трудно понять, как такой динамический белок может быть структурным компонентом хроматина, но было высказано предположение, что установившееся равновесие внутри ядра все еще сильно способствует ассоциации между H1 и хроматином, а это означает, что, несмотря на его динамику, подавляющее большинство H1 в любой момент времени связан с хроматином. [25] H1 уплотняет и стабилизирует ДНК под действием силы и во время сборки хроматина, что указывает на то, что динамическое связывание H1 может обеспечивать защиту ДНК в ситуациях, когда необходимо удалить нуклеосомы. [26]
Цитоплазматические факторы, по-видимому, необходимы для динамического обмена гистона H1 на хроматине, но они еще не определены. [27] Динамика H1 может до некоторой степени опосредоваться O-гликозилированием и фосфорилированием. O-гликозилирование H1 может способствовать конденсации и уплотнению хроматина. Было показано, что фосфорилирование во время интерфазы снижает сродство H1 к хроматину и может способствовать деконденсации хроматина и активной транскрипции. Однако было показано, что во время митоза фосфорилирование увеличивает сродство H1 к хромосомам и, следовательно, способствует конденсации митотических хромосом. [19]
Изоформы
Семейство H1 у животных включает несколько изоформ H1, которые могут экспрессироваться в разных или перекрывающихся тканях и на стадиях развития в пределах одного организма. Причина появления этих множественных изоформ остается неясной, но как их эволюционная сохранность от морского ежа до человека, так и значительные различия в их аминокислотных последовательностях предполагают, что они не являются функционально эквивалентными. [28] [29] [3] Одной из изоформ является гистон H5 , который обнаружен только в эритроцитах птиц , которые в отличие от эритроцитов млекопитающих имеют ядра . Другой изоформой является ооцит / зиготическая изоформа H1M (также известная как B4 или H1foo), обнаруженная у морских ежей, лягушек, мышей и людей, которая заменяется в эмбрионе соматическими изоформами H1A-E и H10, напоминающими H5. [3] [30] [31] [32] Несмотря на то, что он имеет больше отрицательных зарядов, чем соматические изоформы, H1M связывается с более высоким сродством с митотическими хромосомами в экстрактах яиц Xenopus . [19]
Посттрансляционные модификации
Как и другие гистоны, семейство гистонов H1 сильно посттрансляционно модифицировано (PTM). Это включает фосфорилирование серина и треонина, ацетилирование лизина, метилирование лизина и убиквитинирование. [33] Эти ПТМ выполняют множество функций, но менее изучены, чем ПТМ других гистонов.
Смотрите также
- Нуклеосома
- Гистон
- Хроматин
- Варианты линкерного гистона H1
- Другие гистоновые белки, участвующие в хроматине:
- H2A
- H2B
- H3
- H4
Рекомендации
- ↑ Ramakrishnan V, Finch JT, Graziano V, Lee PL, Sweet RM (март 1993). «Кристаллическая структура глобулярного домена гистона H5 и ее значение для связывания нуклеосом». Природа . 362 (6417): 219–23. Bibcode : 1993Natur.362..219R . DOI : 10.1038 / 362219a0 . PMID 8384699 . S2CID 4301198 .
- ^ Kasinsky HE, Lewis JD, Dacks JB, Ausió J (январь 2001 г.). «Происхождение гистонов линкера H1». Журнал FASEB . 15 (1): 34–42. DOI : 10,1096 / fj.00-0237rev . PMID 11149891 .
- ^ а б в Иззо А., Камиениарц К., Шнайдер Р. (апрель 2008 г.). «Семейство гистонов H1: конкретные члены, особые функции?». Биологическая химия . 389 (4): 333–43. DOI : 10.1515 / BC.2008.037 . PMID 18208346 . S2CID 1516241 .
- ^ Jeon, Kwang W .; Березней, Рональд (1995). Структурно-функциональная организация ядерной матрицы . Бостон: Academic Press. стр. 214 -7. ISBN 978-0-12-364565-4.
- ^ Финч Дж. Т., Клуг А. (июнь 1976 г.). «Соленоидная модель надстройки в хроматине» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 73 (6): 1897–901. Bibcode : 1976PNAS ... 73.1897F . DOI : 10.1073 / pnas.73.6.1897 . PMC 430414 . PMID 1064861 .
- ^ Тома Ф., Коллер Т. (сентябрь 1977 г.). «Влияние гистона H1 на структуру хроматина». Cell . 12 (1): 101–7. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (77) 90188-X . PMID 561660 . S2CID 11155120 .
- ^ Тома Ф., Коллер Т., Клуг А. (ноябрь 1979 г.). «Участие гистона H1 в организации нуклеосомы и солевой надстройки хроматина» . Журнал клеточной биологии . 83 (2 Pt 1): 403–27. DOI : 10,1083 / jcb.83.2.403 . PMC 2111545 . PMID 387806 .
- ^ а б ван Холде К., Златанова Дж. (октябрь 1996 г.). «Что определяет складывание хроматинового волокна?» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (20): 10548–55. Bibcode : 1996PNAS ... 9310548V . DOI : 10.1073 / pnas.93.20.10548 . PMC 38190 . PMID 8855215 .
- ^ Раус А., Сандин С., Родос Д. (июль 2008 г.). «Длина нуклеосомного повтора и стехиометрия линкерного гистона определяют структуру волокна хроматина» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (26): 8872–7. Bibcode : 2008PNAS..105.8872R . DOI : 10.1073 / pnas.0802336105 . PMC 2440727 . PMID 18583476 .
- ^ Варшавский А.Ю., Бакаев В.В., Георгиев Г.П. (февраль 1976 г.). «Неоднородность субъединиц хроматина in vitro и расположение гистона H1» . Исследования нуклеиновых кислот . 3 (2): 477–92. DOI : 10.1093 / NAR / 3.2.477 . PMC 342917 . PMID 1257057 .
- ^ Уитлок Дж. П., Симпсон РТ (июль 1976 г.). «Удаление гистона H1 обнажает сегмент ДНК из пятидесяти пар оснований между нуклеосомами». Биохимия . 15 (15): 3307–14. DOI : 10.1021 / bi00660a022 . PMID 952859 .
- ^ а б Аллан Дж., Хартман П.Г., Крейн-Робинсон С., Авилес FX (декабрь 1980 г.). «Структура гистона H1 и его расположение в хроматине». Природа . 288 (5792): 675–9. Bibcode : 1980Natur.288..675A . DOI : 10.1038 / 288675a0 . PMID 7453800 . S2CID 4262304 .
- ^ Стайнов Д.З., Крейн-Робинсон С. (декабрь 1988 г.). «Футпринтинг линкерных гистонов H5 и H1 на нуклеосоме» . Журнал EMBO . 7 (12): 3685–91. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1988.tb03250.x . PMC 454941 . PMID 3208745 .
- ^ Беднар Дж., Горовиц Р.А., Григорьев С.А., Каррутерс Л.М., Хансен Дж.С., Костер А.Дж., Вудкок К.Л. (ноябрь 1998 г.). «Нуклеосомы, линкерная ДНК и линкерный гистон образуют уникальный структурный мотив, который управляет сворачиванием и уплотнением хроматина более высокого порядка» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (24): 14173–8. Bibcode : 1998PNAS ... 9514173B . DOI : 10.1073 / pnas.95.24.14173 . PMC 24346 . PMID 9826673 .
- ^ Дворкин-Растл Э., Кандольф Х., Смит Р.С. (февраль 1994 г.). «Вариант материнского гистона H1, H1M (белок B4), является преобладающим гистоном H1 в эмбрионах Xenopus pregastrula». Биология развития . 161 (2): 425–39. DOI : 10,1006 / dbio.1994.1042 . PMID 8313993 .
- ^ Браун Д. Т., Александр Б. Т., Ситтман Д. Б. (февраль 1996 г.). «Дифференциальный эффект сверхэкспрессии варианта H1 на развитие клеточного цикла и экспрессию генов» . Исследования нуклеиновых кислот . 24 (3): 486–93. DOI : 10.1093 / NAR / 24.3.486 . PMC 145659 . PMID 8602362 .
- ^ Gunjan A, Александр BT, Sittman DB, Brown DT (декабрь 1999 г.). «Эффекты сверхэкспрессии варианта гистона H1 на структуру хроматина» . Журнал биологической химии . 274 (53): 37950–6. DOI : 10.1074 / jbc.274.53.37950 . PMID 10608862 .
- ^ Мареска Т.Дж., Фридман Б.С., Хилд Р. (июнь 2005 г.). «Гистон H1 необходим для архитектуры митотических хромосом и сегрегации в экстрактах яиц Xenopus laevis» . Журнал клеточной биологии . 169 (6): 859–69. DOI : 10,1083 / jcb.200503031 . PMC 2171634 . PMID 15967810 .
- ^ а б в Фридман Б.С., Хилд Р. (июнь 2010 г.). «Функциональное сравнение гистонов H1 у Xenopus показывает регуляцию, специфичную для изоформ, с помощью Cdk1 и RanGTP» . Текущая биология . 20 (11): 1048–52. DOI : 10.1016 / j.cub.2010.04.025 . PMC 2902237 . PMID 20471264 .
- ^ Шен X, Ю. Л., Вейр Дж. В., Горовский М. А. (июль 1995 г.). «Линкерные гистоны не являются необходимыми и влияют на конденсацию хроматина in vivo». Cell . 82 (1): 47–56. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (95) 90051-9 . PMID 7606784 . S2CID 14427681 .
- ^ Едрусик М.А., Шульце Э. (апрель 2001 г.). «Одна изоформа гистона H1 (H1.1) необходима для подавления хроматина и развития зародышевой линии у Caenorhabditis elegans». Развитие . 128 (7): 1069–80. PMID 11245572 .
- ^ Лу Х, Вонтакал С.Н., Емельянов А.В., Морчилло П., Конев А.Ю., Федоров Д.В., Скульчи А.И. (февраль 2009 г.). «Линкерный гистон H1 необходим для развития дрозофилы, установления перицентрического гетерохроматина и нормальной структуры политенной хромосомы» . Гены и развитие . 23 (4): 452–65. DOI : 10,1101 / gad.1749309 . PMC 2648648 . PMID 19196654 .
- ^ Мистели Т., Гунджан А., Хок Р., Бустин М., Браун Д. Т. (декабрь 2000 г.). «Динамическое связывание гистона H1 с хроматином в живых клетках». Природа . 408 (6814): 877–81. Bibcode : 2000Natur.408..877M . DOI : 10.1038 / 35048610 . PMID 11130729 . S2CID 4428934 .
- ^ Чен Д., Дандр М., Ван С., Люн А., Ламонд А., Мистели Т., Хуанг С. (январь 2005 г.). «Конденсированный митотический хроматин доступен для факторов транскрипции и структурных белков хроматина» . Журнал клеточной биологии . 168 (1): 41–54. DOI : 10.1083 / jcb.200407182 . PMC 2171683 . PMID 15623580 .
- ^ Бастин М., Катез Ф, Лим Дж. Х. (март 2005 г.). «Динамика функции гистона H1 в хроматине». Молекулярная клетка . 17 (5): 617–20. DOI : 10.1016 / j.molcel.2005.02.019 . PMID 15749012 .
- ^ Сяо Б., Фридман Б.С., Миллер К.Э., Хилд Р., Марко Дж. Ф. (декабрь 2012 г.). «Гистон H1 уплотняет ДНК под действием силы и во время сборки хроматина» . Молекулярная биология клетки . 23 (24): 4864–71. DOI : 10,1091 / mbc.E12-07-0518 . PMC 3521692 . PMID 23097493 .
- ^ Фридман Б.С., Миллер К.Э., Хилд Р. (сентябрь 2010 г.). Чимини Д. (ред.). «Экстракты яиц Xenopus увеличивают динамику гистона H1 на хроматине сперматозоидов» . PLOS One . 5 (9): e13111. Bibcode : 2010PLoSO ... 513111F . DOI : 10.1371 / journal.pone.0013111 . PMC 2947519 . PMID 20927327 .
- ^ Steinbach OC, Wolffe AP, Rupp RA (сентябрь 1997 г.). «Соматические линкерные гистоны вызывают потерю мезодермальной компетентности у Xenopus». Природа . 389 (6649): 395–9. Bibcode : 1997Natur.389..395S . DOI : 10.1038 / 38755 . PMID 9311783 . S2CID 4390287 .
- ^ Де С, Браун Д.Т., Лу Чж., Лено Г.Х., Веллман С.Е., Ситтман Д.Б. (июнь 2002 г.). «Варианты гистона H1 дифференциально ингибируют репликацию ДНК за счет сродства к хроматину, опосредованного их карбоксиконцевыми доменами». Джин . 292 (1–2): 173–81. DOI : 10.1016 / S0378-1119 (02) 00675-3 . PMID 12119111 .
- ^ Хочбин С. (июнь 2001 г.). «Разнообразие гистона H1: мосты регуляторных сигналов к линкерной функции гистонов». Джин . 271 (1): 1–12. DOI : 10.1016 / S0378-1119 (01) 00495-4 . PMID 11410360 .
- ^ Годд Дж. С., Ура К. (март 2008 г.). «Взлом загадочного линкерного гистонового кода». Журнал биохимии . 143 (3): 287–93. DOI : 10.1093 / Jb / mvn013 . PMID 18234717 .
- ^ Happel N, Doenecke D (февраль 2009 г.). «Гистон H1 и его изоформы: вклад в структуру и функцию хроматина». Джин . 431 (1–2): 1–12. DOI : 10.1016 / j.gene.2008.11.003 . PMID 19059319 .
- ^ Харшман С.В., Янг Н.Л., Партхун М.Р., Фрейтас М.А. (ноябрь 2013 г.). «Гистоны H1: современные перспективы и проблемы» . Исследования нуклеиновых кислот . 41 (21): 9593–609. DOI : 10.1093 / NAR / gkt700 . PMC 3834806 . PMID 23945933 .