Histone
Οι ιστόνες είναι πρωτεΐνες που βρίσκονται στους πυρήνες των ευκαρυωτικών κυττάρων, οι οποίες συσκευάζουν το DNA σε δομικές μονάδες που ονομάζονται νουκλεοσώματα. Είναι τα κύρια πρωτεϊνικά συστατικά της χρωματίνης, του ενεργού συστατικού των χρωμοσωμάτων.
Οι ιστόνες λειτουργούν ως καρούλια γύρω από τα οποία τυλίγεται το DNA και παίζουν ρόλο στη ρύθμιση των γονιδίων. Χωρίς τις ιστόνες, το DNA που ξετυλίγεται στα χρωμοσώματα θα ήταν πολύ μακρύ. Για παράδειγμα, κάθε ανθρώπινο κύτταρο έχει περίπου 1,8 μέτρα DNA, αλλά τυλιγμένο στις ιστόνες έχει περίπου 90 χιλιοστά χρωματίνης, τα οποία, όταν διπλασιάζονται και συμπυκνώνονται κατά τη μίτωση, έχουν ως αποτέλεσμα περίπου 120 μικρόμετρα χρωμοσωμάτων.
Συναρμολόγηση των ιστονών σε νουκλεόσωμα
Λειτουργίες
Συμπύκνωση κλώνων DNA
Οι ιστόνες λειτουργούν ως καρούλια γύρω από τα οποία τυλίγεται το DNA. Με τον τρόπο αυτό τα μεγάλα γονιδιώματα των ευκαρυωτών χωράνε μέσα στους πυρήνες των κυττάρων. Το συμπιεσμένο μόριο είναι 40.000 φορές μικρότερο από ένα μη συσκευασμένο μόριο.
Ρύθμιση της χρωματίνης
Οι ιστόνες υφίστανται αλλαγές που μεταβάλλουν την αλληλεπίδρασή τους με το DNA και τις πυρηνικές πρωτεΐνες. Οι μακροχρόνιες αλλαγές στην αλληλεπίδραση ιστονών/DNA προκαλούν επιγενετικά αποτελέσματα. Οι συνδυασμοί των τροποποιήσεων θεωρείται ότι συνιστούν έναν κώδικα, τον λεγόμενο κώδικα ιστονών. Οι τροποποιήσεις των ιστονών δρουν σε ποικίλες βιολογικές διεργασίες, όπως η γονιδιακή ρύθμιση, η επιδιόρθωση του DNA και η συμπύκνωση των χρωμοσωμάτων (μίτωση).
Παραδείγματα
Παραδείγματα τροποποιήσεων των ιστονών στη ρύθμιση της μεταγραφής περιλαμβάνουν:
| Τύπος τροποποίησης | Ιστόνη | ||||||
| H3K4 | H3K9 | H3K14 | H3K27 | H3K79 | H4K20 | H2BK5 | |
| μονομεθυλίωση | ενεργοποίηση | ενεργοποίηση | ενεργοποίηση | ενεργοποίηση | ενεργοποίηση | ενεργοποίηση | |
| δι-μεθυλίωση | καταστολή | καταστολή | ενεργοποίηση | ||||
| τριμεθυλίωση | ενεργοποίηση | καταστολή | καταστολή | ενεργοποίηση, | καταστολή | ||
| ακετυλίωση | ενεργοποίηση | ενεργοποίηση | |||||
Το DNA στο εξωτερικό περιελίσσεται με στρογγυλή ιστόνη στο εσωτερικό. Άποψη από πάνω μέσω του ελικοειδούς άξονα
Ιστορία
Οι ιστόνες ανακαλύφθηκαν το 1884 από τον Albrecht Kossel. Η λέξη "ιστόνη" χρονολογείται από τα τέλη του 19ου αιώνα και προέρχεται από το γερμανικό "Histon", αβέβαιης προέλευσης: ίσως από το ελληνικό histanai ή από το histos. Μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1990, οι ιστόνες απορρίπτονταν ως απλό υλικό συσκευασίας του πυρηνικού DNA. Στις αρχές της δεκαετίας του 1990 ανακαλύφθηκαν οι ρυθμιστικές λειτουργίες των ιστονών.
Η ανακάλυψη της ιστόνης H5 φαίνεται να χρονολογείται από τη δεκαετία του 1970.
Διατήρηση σε όλα τα είδη
Οι ιστόνες βρίσκονται στους πυρήνες των ευκαρυωτικών κυττάρων και σε ορισμένα Αρχαία, συγκεκριμένα στα Ευρυάρχαια, αλλά όχι στα βακτήρια. Οι πρωτεΐνες ιστονών συγκαταλέγονται μεταξύ των πρωτεϊνών με τη μεγαλύτερη συντηρητικότητα στους ευκαρυώτες, γεγονός που υποδηλώνει ότι είναι ζωτικής σημασίας για τη βιολογία του πυρήνα. Αντίθετα, τα ώριμα σπερματοζωάρια χρησιμοποιούν σε μεγάλο βαθμό τις πρωταμίνες για τη συσκευασία του γονιδιωματικού DNA τους, πιθανότατα για να επιτύχουν ακόμη μεγαλύτερη αναλογία συσκευασίας.
Οι βασικές ιστόνες είναι πρωτεΐνες με υψηλή συντηρητικότητα, δηλαδή υπάρχουν πολύ λίγες διαφορές μεταξύ των αλληλουχιών αμινοξέων των πρωτεϊνών ιστονών διαφορετικών ειδών. Οι συνδετικές ιστόνες έχουν συνήθως περισσότερες από μία μορφές εντός ενός είδους και είναι επίσης λιγότερο συντηρημένες από τις βασικές ιστόνες.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι οι ιστόνες;
A: Οι ιστόνες είναι πρωτεΐνες που βρίσκονται στους πυρήνες των ευκαρυωτικών κυττάρων και συσκευάζουν το DNA σε δομικές μονάδες που ονομάζονται νουκλεοσώματα.
Ερ: Ποια είναι η λειτουργία των ιστονών;
Α: Η λειτουργία των ιστονών είναι να λειτουργούν ως καρούλια γύρω από τα οποία τυλίγεται το DNA, να συσκευάζουν το DNA σε νουκλεοσώματα και να παίζουν ρόλο στη ρύθμιση των γονιδίων.
Ερ: Τι θα συνέβαινε χωρίς ιστόνες;
Α: Χωρίς ιστόνες, το ξετυλιγμένο DNA στα χρωμοσώματα θα ήταν πολύ μακρύ.
Ερ: Πόσο DNA υπάρχει σε κάθε ανθρώπινο κύτταρο;
Α: Κάθε ανθρώπινο κύτταρο έχει περίπου 1,8 μέτρα DNA.
Ερ: Πόση χρωματίνη έχει κάθε ανθρώπινο κύτταρο;
Α: Κάθε ανθρώπινο κύτταρο έχει περίπου 90 χιλιοστά χρωµατίνης.
Ερ: Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια της μίτωσης;
Α: Κατά τη διάρκεια της μίτωσης, η χρωματίνη διπλασιάζεται και συμπυκνώνεται, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται περίπου 120 μικρομέτρα χρωμοσωμάτων.
Ερ: Ποιος είναι ο ρόλος των ιστονών στα χρωμοσώματα;
Α: Οι ιστόνες είναι τα κύρια πρωτεϊνικά συστατικά της χρωματίνης, του ενεργού συστατικού των χρωμοσωμάτων.
