Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Гистон H2A - один из пяти основных гистоновых белков, участвующих в структуре хроматина в эукариотических клетках.

Другие гистоновые белки : H1 , H2B , H3 и H4 .

Структура белка H2AFJ

Фон [ править ]

Гистоны - это белки, которые упаковывают ДНК в нуклеосомы. [1] Гистоны отвечают за поддержание формы и структуры нуклеосомы. Одна молекула хроматина состоит по крайней мере из одного гистона каждого ядра на 100 пар оснований ДНК. [2] На сегодняшний день известно пять семейств гистонов; эти гистоны называются H1 / H5, H2A, H2B, H3 и H4. [3] H2A считается коровым гистоном, наряду с H2B, H3 и H4. Формирование ядра сначала происходит за счет взаимодействия двух молекул H2A. [3] Затем H2A образует димер с H2B; ядро молекулы завершено, когда H3-H4 также присоединяется с образованием тетрамера.

Варианты последовательности [ править ]

Гистон H2A состоит из неаллельных вариантов. [4] Термин «гистон Н2А» намеренно неспецифичен и относится к множеству близкородственных белков, которые часто различаются лишь несколькими аминокислотами. Известные варианты включают H2A.1, H2A.2, H2A.X и H2A.Z . Варианты H2A можно изучить с помощью базы данных «HistoneDB with Variants».

В дифференцирующихся клетках происходят изменения в вариантном составе. Это наблюдалось при дифференцировке нейронов во время синтеза и обмена; изменения в составе вариантов наблюдались среди гистона H2A.1. Единственным вариантом, который оставался постоянным в нейральной дифференцировке, был вариант H2AZ. [4] H2AZ представляет собой вариант, который обменивается с обычным коровым белком H2A; этот вариант важен для сайленсинга генов. [5]

Физически есть небольшие изменения на поверхности нуклеосомы, которые отличают гистон от H2A. Недавние исследования показывают, что H2AZ включается в нуклеосому с помощью Swr1, связанной с Swi2 / Snf2 аденозинтрифосфатазы. [6]

Другой идентифицированный вариант H2A - это H2AX. Этот вариант имеет С-концевое удлинение, которое используется для репарации ДНК. Метод ремонта в этом варианте - негомологичное соединение концов . Прямое повреждение ДНК может вызвать изменения вариантов последовательности. Эксперименты, проведенные с ионизирующим излучением, связывали γ-фосфорилирование H2AX с двухцепочечным разрывом ДНК. [7] Большое количество хроматина участвует в каждом двухцепочечном разрыве ДНК; ответом на повреждение ДНК является образование γ-H2AX.

Наконец, вариант MacroH2A - это вариант, подобный H2A; он кодируется геном H2AFY . Этот вариант отличается от H2A добавлением складчатого домена в его C-концевой хвост. MacroH2A экспрессируется в неактивной Х-хромосоме у женщин. [8]

Структура [ править ]

Хвосты гистонов и их функция в образовании хроматина

H2A состоит из основного глобулярного домена и длинного N-конца или C-конца на одном конце молекулы. N-концевой или C-концевой хвост является местом посттрансляционной модификации . Пока что исследователи не выявили никаких вторичных структур, возникающих в хвосте. H2A использует белковую складку, известную как « гистоновая складка» . Гистоновая складка представляет собой сердцевинный домен из трех спиралей, который соединен двумя петлями. Это соединение образует «рукопожатие». В частности, это называется мотивом спираль-поворот-спираль , который делает возможной димеризацию с H2B. «Гистоновая складка» консервативна среди H2A на структурном уровне; однако генетическая последовательность, кодирующая эту структуру, различается между вариантами. [9]

Структура варианта macroH2A была раскрыта методом рентгеновской кристаллографии . Консервативный домен содержит структуру связывания ДНК и пептидазную складку. [10] Функция этого консервативного домена остается неизвестной. Исследования показывают, что этот консервативный домен может функционировать как якорь для ДНК Xist или он также может функционировать как модифицирующий фермент.

Функция [ править ]

Основные единицы структуры хроматина

Сворачивание ДНК: H2A важен для упаковки ДНК в хроматин. Поскольку H2A упаковывает молекулы ДНК в хроматин, процесс упаковки влияет на экспрессию генов. H2A коррелирует с модификацией ДНК и эпигенетикой . H2A играет важную роль в определении общей структуры хроматина. Было обнаружено, что Н2А случайно регулирует экспрессию генов. [9]

Модификация ДНК H2A происходит в ядре клетки . Белки, ответственные за ядерный импорт белка H2A, - это кариоферин и импортин . [11] Недавние исследования также показывают, что белок сборки нуклеосомы 1 также используется для транспортировки H2A в ядро, чтобы он мог оборачивать ДНК. Другие функции H2A были замечены в гистоновом варианте H2A.Z. Этот вариант связан с активацией гена, подавлением и подавлением антисмысловой РНК . Кроме того, когда H2A.Z исследовали на клетках человека и дрожжей, его использовали для стимулирования рекрутирования РНК-полимеразы II. [12]

Противомикробный пептид: гистоны - это консервативные эукариотические катионные белки, присутствующие в клетках и участвующие в антимикробной активности. Сообщается, что у позвоночных и беспозвоночных вариант гистона H2A участвует в иммунном ответе хозяина, действуя как антимикробные пептиды (AMP). H2A - это α-спиральная молекула, амфипатический белок с гидрофобными и гидрофильными остатками на противоположных сторонах, который усиливает антимикробную активность H2A. [13]

Генетика [ править ]

Н2А кодируется многими генами в геноме человека, в том числе: H2AFB1 , H2AFB2 , H2AFB3 , H2AFJ , H2AFV , H2AFX , H2AFY , H2AFY2 и H2AFZ моделей генетических между различными молекулами H2A в основном консервативными среди вариантов. Вариабельность экспрессии геновсуществует среди регуляторных механизмов, управляющих экспрессией H2A. Исследователи изучили эволюционные клоны гистоновых белков эукариот и обнаружили диверсификацию регуляторных генов. Наибольшие различия наблюдались в мотивах цис-регуляторной последовательности гена корового гистона и связанных белковых факторах. Изменчивость в последовательности генов наблюдалась в генах бактерий, грибов, растений и млекопитающих. [9] Одним из вариантов белка H2A является вариант H2ABbd (с дефицитом тельца Барра). Этот вариант состоит из другой генетической последовательности по сравнению с H2A. Вариант функционирует с транскрипционно активными доменами. [9] Другие варианты, связанные с H2ABbd, расположены внутри его C-конца.. H2ABbd имеет более короткий C-концевой домен по сравнению с большим C-концом, обнаруженным на H2A. Два терминала C идентичны примерно на 48%. H2ABbd функционирует с активными хромосомами. Пока он отсутствует в Xi-хромосомах в клетках фибробластов . Наконец, было обнаружено, что он связан с ацетилированным H4. [14] Различные функции H2A.Z по сравнению с H2A коррелируют с генетическими различиями между H2A и вариантом. Устойчивость к нуклеосомам возникает в H2A.Z путем связывания с фактором H1. Ген H2A.Z является важным геном дрожжей и обозначается как Htz1. Для сравнения, у позвоночных есть два гена H2A.Z. [9]Эти гены H2A.Z1 и H2A.Z2 кодируют белки, которые отличаются от H2A.Z тремя остатками. Сначала исследователи полагали, что эти гены избыточны; однако, когда был создан мутант H2A.Z1, это привело к летальному исходу во время тестов на млекопитающих. [14] Следовательно, H2A.Z1 является важным геном. С другой стороны, исследователи не определили функцию варианта H2A.Z2. Известно, что он транскрибируется у млекопитающих, и экспрессия этого гена сохраняется у млекопитающих. Эта консервация предполагает, что ген функционален. [14] При изучении H2A.Z у видов растений, белок различается по остаткам от вида к виду. Эти различия способствуют различиям в регуляции клеточного цикла . [14]Это явление наблюдалось только у растений. Филогенетические деревья были созданы, чтобы показать отклонение вариантов от их предков. Дивергенция варианта H2A.X от H2A произошла в нескольких источниках филогенетического дерева. Приобретение мотива фосфорилирования согласуется со многими происхождениями H2A, которые произошли от предкового H2A.X. Наконец, присутствие H2A.X и отсутствие H2A в грибах заставляет исследователей полагать, что H2A.X был первоначальным предком гистонового белка H2A [9]

Модификация H2A [ править ]

Модификация H2A находится в стадии исследования. Однако модификация H2A все же происходит. Сайты фосфорилирования серина были идентифицированы на H2A. Треонин O -GlcNAc также был идентифицирован на H2A. Между модифицированными остатками вариантов H2A существуют большие различия. Например, в H2ABbd отсутствуют модифицированные остатки, существующие в H2A. [14] Различия в модификации изменяют функцию H2ABbd по сравнению с H2A. Как упоминалось ранее, было обнаружено, что вариант H2AX участвует в репарации ДНК . Эта функция зависит от фосфорилирования С-конца H2AX. [7]Как только H2AX становится фосфорилированным, он может участвовать в репарации ДНК. Вариант H2A.X отличается от H2A модификацией. С-конец H2A.X содержит дополнительный мотив по сравнению с H2A. Добавляемый мотив представляет собой Ser-Gln- (Glu / Asp) - (гидрофобный остаток). [14] Мотив сильно фосфорилируется по остатку серина; если это фосфорилирование происходит, вариант становится γH2A.X. Фосфорилирование происходит за счет разрывов дцДНК. [14] Модификация гистоновых белков иногда может привести к изменению функции. Различные варианты H2A использовались для получения разных функций, генетических последовательностей и модификаций.

См. Также [ править ]

  • Код гистона
  • Хроматин
  • Нуклеосома

Ссылки [ править ]

  1. ^ Youngson RM (2006). Словарь Коллинза по биологии человека . Глазго [Шотландия]: Коллинз. ISBN 978-0-00-722134-9.
  2. ↑ Хорасанизаде S (январь 2004 г.). «Нуклеосома: от организации генома к регуляции генома». Cell . 116 (2): 259–72. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (04) 00044-3 . PMID 14744436 . S2CID 15504162 .  
  3. ^ a b Кокс М.М., Ленингер А.Л., Нельсон Д.Л. (2005). Принципы биохимии Ленингера (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4339-2.
  4. ^ a b Bosch A, Suau P (ноябрь 1995 г.). «Изменения в составе основных вариантов гистонов в дифференцирующихся нейронах: роли дифференциального оборота и скорости синтеза». Европейский журнал клеточной биологии . 68 (3): 220–5. PMID 8603674 . 
  5. ^ Суто РК, Clarkson MJ, Tremethick DJ, Люгер K (декабрь 2000). «Кристаллическая структура ядерной частицы нуклеосомы, содержащей вариантный гистон H2A.Z». Структурная биология природы . 7 (12): 1121–4. DOI : 10.1038 / 81971 . PMID 11101893 . S2CID 5966635 .  
  6. ^ Mizuguchi G, Шен Х, Лэндри Дж, Ву WH, Сен S, У С (январь 2004 г.). «АТФ-управляемый обмен варианта гистона H2AZ, катализируемый комплексом ремоделирования хроматина SWR1» . Наука . 303 (5656): 343–8. Bibcode : 2004Sci ... 303..343M . DOI : 10.1126 / science.1090701 . PMID 14645854 . S2CID 9881829 .  
  7. ^ а б Якоб Б., Сплинтер Дж., Конрад С., Фосс К.О., Цинк Д., Дюранте М., Лебрих М., Таухер-Шольц Г. (август 2011 г.). «Двухцепочечные разрывы ДНК в гетерохроматине вызывают рекрутирование белка быстрой репарации, фосфорилирование гистона H2AX и перемещение в эухроматин» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (15): 6489–99. DOI : 10.1093 / NAR / gkr230 . PMC 3159438 . PMID 21511815 .  
  8. ^ Costanzi C, Pehrson JR (июнь 1998). «Гистон macroH2A1 сконцентрирован в неактивной Х-хромосоме самок млекопитающих». Природа . 393 (6685): 599–601. Bibcode : 1998Natur.393..599C . DOI : 10,1038 / 31275 . PMID 9634239 . S2CID 205001095 .  
  9. ^ Б с д е е МАРИИМ-Рамирес L, Jordan IK, Ландсман D (2006). «Множественные независимые эволюционные решения для регуляции основных гистоновых генов» . Геномная биология . 7 (12): R122. DOI : 10.1186 / GB-2006-7-12-R122 . PMC 1794435 . PMID 17184543 .  
  10. ^ Аллен MD, Пряжка AM, Корделл SC, Лёв J, Bycroft M (июль 2003). «Кристаллическая структура AF1521, белка из Archaeoglobus fulgidus с гомологией негистоновому домену macroH2A». Журнал молекулярной биологии . 330 (3): 503–11. DOI : 10.1016 / s0022-2836 (03) 00473-х . PMID 12842467 . 
  11. ^ Mosammaparast N, Ewart CS, Пембертон LF (декабрь 2002). «Роль белка сборки нуклеосомы 1 в ядерном транспорте гистонов H2A и H2B» . Журнал EMBO . 21 (23): 6527–38. DOI : 10,1093 / emboj / cdf647 . PMC 136951 . PMID 12456659 .  
  12. ^ МАРИНЬО-Рамирес л, Левин К., Моралес М, Чжан S, Морленд РТ, Baxevanis А.Д., Ландсман D (2011). «База данных гистонов: интегрированный ресурс для гистонов и белков, содержащих складки гистонов» . База данных . 2011 : bar048. DOI : 10,1093 / базы данных / bar048 . PMC 3199919 . PMID 22025671 .  
  13. ^ Arockiaraj Дж, Gnanam AJ, Kumaresan В, Palanisamy Р, Р Бхатт, Тирумалаи МК, Рой А, Pasupuleti М, М Каши (ноябрь 2013 г. ). «Нетрадиционный антимикробный протеин-гистон из пресноводных креветок Macrobrachium rosenbergii: анализ иммунных свойств». Иммунология рыб и моллюсков . 35 (5): 1511–22. DOI : 10.1016 / j.fsi.2013.08.018 . PMID 23994279 . 
  14. ^ a b c d e f g Talbert PB, Henikoff S (апрель 2010 г.). «Варианты гистонов - древние художники-обертки эпигенома». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 11 (4): 264–75. DOI : 10.1038 / nrm2861 . PMID 20197778 . S2CID 10934412 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Nextbio