histones

histones เป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของเซลล์ การปรากฏตัวของพวกมันเป็นลักษณะที่แตกต่างระหว่างสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (แบคทีเรีย) และสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (มนุษย์สัตว์หรือพืช) แบคทีเรียสายพันธุ์น้อยมากที่มีโปรตีนที่คล้ายกับฮิสโตน วิวัฒนาการได้ผลิตฮิสโตนเพื่อรองรับสายโซ่ดีเอ็นเอที่ยาวมากหรือที่เรียกว่าสารพันธุกรรมซึ่งดีกว่าและมีประสิทธิภาพมากขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตชั้นสูง เพราะถ้าไม่มีการคลายจีโนมของมนุษย์จะมีความยาวประมาณ 1-2 ม. ขึ้นอยู่กับระยะของเซลล์ที่เซลล์นั้น ๆ

ฮิสโตนคืออะไร?

ในสิ่งมีชีวิตที่มีการพัฒนาสูงมากขึ้นฮิสโตนเกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์และมีกรดอะมิโนที่มีประจุบวกในสัดส่วนสูง (โดยเฉพาะไลซีนและอาร์จินีน) โปรตีนฮิสโตนแบ่งออกเป็น 5 กลุ่มหลัก ได้แก่ H1, H2A, H2B, H3 และ H4 ลำดับกรดอะมิโนของทั้งสี่กลุ่ม H2A, H2B, H3 และ H4 แทบจะไม่แตกต่างกันระหว่างสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันในขณะที่ H1 มีความแตกต่างกันมากขึ้นซึ่งเป็นฮิสโตนที่เชื่อมต่อกัน ในกรณีของเซลล์เม็ดเลือดแดงที่มีนิวเคลียสของนก H1 ยังถูกแทนที่อย่างสมบูรณ์ด้วยกลุ่มฮิสโตนหลักอื่นที่เรียกว่า H5

ความคล้ายคลึงกันอย่างมากของลำดับในโปรตีนฮิสโตนส่วนใหญ่หมายความว่าในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ "บรรจุภัณฑ์" ของดีเอ็นเอเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันและโครงสร้างสามมิติที่เกิดขึ้นก็มีประสิทธิภาพเท่าเทียมกันสำหรับการทำงานของฮิสโตน ในช่วงวิวัฒนาการการพัฒนาฮิสโตนต้องเกิดขึ้นเร็วมากและต้องได้รับการดูแลรักษาก่อนที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหรือมนุษย์จะเกิดขึ้น

กายวิภาคศาสตร์และโครงสร้าง

ทันทีที่สายโซ่ดีเอ็นเอใหม่ถูกสร้างขึ้นจากแต่ละฐาน (เรียกว่านิวคลีโอไทด์) ในเซลล์จะต้องมีการ "บรรจุ" เพื่อจุดประสงค์นี้โปรตีนฮิสโตนจะลดขนาดลงซึ่งแต่ละตัวจะสร้างเตตระเมอร์สองตัว ในที่สุดฮิสโตนคอร์ประกอบด้วยเตตระเมอร์ 2 ตัวคือฮิสโตนอ็อกทาเมอร์รอบ ๆ สายดีเอ็นเอถูกพันและแทรกซึมบางส่วน ฮิสโตนออคทาเมอร์จึงตั้งอยู่ในโครงสร้างสามมิติภายในเกลียวดีเอ็นเอที่บิดเบี้ยว

โปรตีนฮิสโตนแปดตัวที่มีดีเอ็นเออยู่รอบตัวก่อให้เกิดนิวคลีโอโซมเชิงซ้อนทั้งหมด พื้นที่ของดีเอ็นเอระหว่างนิวคลีโอโซมทั้งสองเรียกว่าดีเอ็นเอตัวเชื่อมและประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ประมาณ 20-80 นิวคลีโอไทด์ Linker DNA มีหน้าที่ทำให้ DNA "เข้า" และ "ออก" จาก histone octamer นิวคลีโอโซมจึงประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ประมาณ 146 นิวคลีโอไทด์ส่วนดีเอ็นเอตัวเชื่อมและโปรตีนฮิสโตนแปดตัวเพื่อให้นิวคลีโอไทด์ 146 ห่อหุ้มรอบฮิสโตนออกเทมเมอร์ 1.65 เท่า

นอกจากนี้นิวคลีโอโซมแต่ละตัวยังมีความเกี่ยวข้องกับโมเลกุล H1 เพื่อให้จุดเข้าและออกของดีเอ็นเอถูกยึดเข้าด้วยกันโดยฮิสโตนที่เชื่อมต่อกันและความแน่นของดีเอ็นเอจะเพิ่มขึ้น นิวคลีโอโซมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10-30 นาโนเมตรนิวคลีโอโซมจำนวนมากรวมตัวกันเป็นโครมาตินซึ่งเป็นสายโซ่ดีเอ็นเอ - ฮิสโตนที่มีลักษณะคล้ายไข่มุกใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน นิวคลีโอโซมคือ "ไข่มุก" ที่ล้อมรอบหรือเชื่อมต่อกันด้วยดีเอ็นเอที่เหมือนสายอักขระ

โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนจำนวนหนึ่งสนับสนุนการสร้างนิวคลีโอโซมแต่ละตัวหรือของโครมาตินทั้งหมดซึ่งในที่สุดจะสร้างโครโมโซมแต่ละตัวหากเซลล์จะแบ่งตัว โครโมโซมเป็นประเภทการบีบอัดสูงสุดของโครมาตินและสามารถรับรู้ได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงในระหว่างการแบ่งนิวเคลียสของเซลล์

ฟังก์ชันและงาน

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วฮิสโตนเป็นโปรตีนพื้นฐานที่มีประจุบวกดังนั้นพวกมันจึงทำปฏิกิริยากับดีเอ็นเอที่มีประจุลบผ่านแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิต ดีเอ็นเอจะ "ห่อหุ้ม" ไว้รอบ ๆ ฮิสโตนอ็อกเทมเมอร์เพื่อให้ดีเอ็นเอมีขนาดกะทัดรัดและพอดีกับนิวเคลียสของแต่ละเซลล์ H1 มีหน้าที่บีบอัดโครงสร้างโครมาตินในระดับที่สูงขึ้นและส่วนใหญ่จะป้องกันการถอดความดังนั้นการแปลนั่นคือการแปลส่วนของดีเอ็นเอนี้เป็นโปรตีนผ่าน mRNA

ขึ้นอยู่กับว่าเซลล์กำลัง "พัก" (ระหว่างเฟส) หรือแบ่งตัวโครมาตินจะควบแน่นน้อยลงหรือมากขึ้นกล่าวคือบรรจุ ในช่วงระหว่างเฟสส่วนใหญ่ของโครมาตินจะควบแน่นน้อยกว่าดังนั้นจึงสามารถถ่ายทอดเป็น mRNA ได้เช่นอ่านแล้วแปลเป็นโปรตีนในภายหลัง ฮิสโตนควบคุมการทำงานของยีนของยีนแต่ละยีนในบริเวณใกล้เคียงและอนุญาตให้มีการถอดความและสร้างเส้น mRNA

เมื่อเซลล์เริ่มแบ่งตัวดีเอ็นเอจะไม่ถูกแปลเป็นโปรตีน แต่กระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างเซลล์ลูกสาวทั้งสองที่สร้างขึ้น ดังนั้นโครมาตินจึงควบแน่นอย่างมากและถูกทำให้เสถียรโดยฮิสโตน โครโมโซมสามารถมองเห็นได้และสามารถกระจายไปยังเซลล์ที่เกิดใหม่ได้ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ฮิสโตน

โรค

ฮิสโตนมีความสำคัญในการสร้างสิ่งมีชีวิตใหม่ หากเนื่องจากการกลายพันธุ์ของยีนฮิสโตนไม่สามารถสร้างโปรตีนฮิสโตนอย่างน้อยหนึ่งชนิดสิ่งมีชีวิตนี้จะไม่สามารถทำงานได้และหยุดการพัฒนาต่อไปก่อนเวลาอันควร สาเหตุหลักมาจากการอนุรักษ์ฮิสโตนในลำดับสูง

อย่างไรก็ตามเป็นที่ทราบกันมาระยะหนึ่งแล้วว่าในเด็กและผู้ใหญ่ที่มีเนื้องอกในสมองชนิดต่างๆการกลายพันธุ์อาจเกิดขึ้นได้ในยีนฮิสโตนต่างๆของเซลล์เนื้องอก การกลายพันธุ์ในยีนฮิสโตนได้รับการอธิบายไว้ข้างต้นแล้วในสิ่งที่เรียกว่า gliomas นอกจากนี้ยังมีการค้นพบหางโครโมโซมที่ยาวขึ้นในเนื้องอกเหล่านี้ ส่วนปลายของโครโมโซมเหล่านี้เรียกว่าเทโลเมียร์โดยปกติมีหน้าที่ทำให้โครโมโซมมีอายุยืนยาวขึ้น ในบริบทนี้ดูเหมือนว่าเทโลเมียร์ที่ยืดออกในเนื้องอกที่มีการกลายพันธุ์ของฮิสโตนทำให้เซลล์ที่เสื่อมสภาพเหล่านี้มีความได้เปรียบในการอยู่รอด

ในขณะเดียวกันมะเร็งชนิดอื่น ๆ เป็นที่ทราบกันดีว่ามีการกลายพันธุ์ในยีนฮิสโตนต่าง ๆ ดังนั้นจึงผลิตโปรตีนฮิสโตนที่กลายพันธุ์ซึ่งไม่ได้ทำงานตามกฎข้อบังคับเท่านั้น ปัจจุบันมีการใช้การค้นพบนี้เพื่อพัฒนารูปแบบของการบำบัดสำหรับเนื้องอกที่เป็นมะเร็งและลุกลามโดยเฉพาะ