Histones: Struktur, Fungsi & Penyakit

Histon adalah komponen inti sel. Kehadiran mereka adalah ciri yang membezakan antara organisma uniselular (bakteria) dan organisma multisel (manusia, haiwan, atau tumbuhan). Hanya sebilangan kecil strain bakteria yang dimiliki protein yang serupa dengan histon. Evolusi telah menghasilkan histon untuk menampung rantai DNA yang sangat panjang dan lebih berkesan, juga disebut bahan genetik, dalam sel-sel organisma yang lebih tinggi. Ini kerana jika genom manusia terputus, panjangnya kira-kira 1-2 m, bergantung pada tahap sel mana sel berada.

Apakah histon?

Dalam organisma yang lebih maju, histon dijumpai di dalam inti sel dan tinggi muatannya positif asid amino (terutamanya lisin and arginine). Histone protein dibahagikan kepada lima kumpulan utama - H1, H2A, H2B, H3, dan H4. Di antara organisma yang berbeza, urutan asid amino dari empat kumpulan H2A, H2B, H3, dan H4 sedikit berbeza, sementara terdapat lebih banyak perbezaan untuk H1, histone yang menghubungkan. Dalam warna merah berinti darah sel burung, H1 diganti sepenuhnya oleh kumpulan histon utama lain, yang disebut H5. Tahap kesamaan urutan yang tinggi di kebanyakan histone protein bermaksud bahawa dalam kebanyakan organisma "pembungkusan" DNA berlaku dengan cara yang sama, dan struktur tiga dimensi yang dihasilkan sama-sama berkesan untuk fungsi histon. Oleh itu, dalam proses evolusi, perkembangan histon pasti terjadi sangat awal dan dipertahankan dengan cara ini, bahkan sebelum mamalia atau manusia berevolusi.

Anatomi dan struktur

Sekali rantaian DNA individu baru asas (disebut nukleotida) terbentuk dalam sel, ia mesti "dikemas." Untuk melakukan ini, protein histon semakin berkurang, masing-masing kemudian membentuk dua tetramer. Akhirnya, inti histon terdiri daripada dua tetramer, oktamer histon, di mana helai DNA membungkus dan sebahagiannya menembusi. Oleh itu, oktamer histon berada dalam struktur tiga dimensi dalam helai DNA yang dililit. Lapan protein histon dengan DNA di sekelilingnya membentuk kompleks keseluruhan nukleosom. Kawasan DNA antara dua nukleosom disebut DNA penghubung dan terdiri daripada sekitar 20-80 nukleotida. DNA penghubung bertanggungjawab untuk "masuk" dan "keluar" DNA ke dalam oktamer histon. Oleh itu, nukleosom terdiri daripada kira-kira 146 nukleotida, bahagian DNA penghubung, dan lapan protein histon, sehingga 146 nukleotida membungkus sekitar oktamer histone 1.65 kali. Selanjutnya, setiap nukleosom dikaitkan dengan molekul H1, sehingga lokasi masuk dan keluar DNA disatukan oleh histon penghubung, meningkatkan kekompakan DNA. Nukleosom berdiameter kira-kira 10 -30 nm. Banyak nukleosom terbentuk kromatin, rantai DNA-histon panjang yang kelihatan seperti tali manik di bawah mikroskop elektron. Nukleosom adalah "manik" yang dikelilingi atau dihubungkan oleh DNA seperti tali. Beberapa protein bukan histon menyokong pembentukan nukleosom individu atau keseluruhannya kromatin, yang akhirnya membentuk individu kromosom apabila sel hendak dibahagi. Kromosom adalah jenis pemeluwapan maksimum kromatin dan dapat dilihat dengan mikroskopi cahaya semasa pembahagian nuklear sel.

Fungsi dan tugas

Seperti yang disebutkan di atas, histon adalah protein asas dengan muatan positif, sehingga mereka berinteraksi dengan DNA bermuatan negatif oleh daya tarikan elektrostatik. DNA "membungkus" oktamer histon sedemikian rupa sehingga DNA menjadi lebih padat dan masuk ke dalam nukleus setiap sel. Dalam proses ini, H1 mempunyai fungsi memampatkan struktur kromatin superordinat dan biasanya mencegah transkripsi dan dengan demikian terjemahan, iaitu terjemahan bahagian DNA ini menjadi protein melalui mRNA. Bergantung pada sama ada sel "berehat" (interphase) atau membahagi, kromatin kurang atau lebih pekat, iaitu dikemas. Dalam interphase, sebahagian besar kromatin kurang pekat dan oleh itu dapat ditranskripsikan ke dalam mRNA, iaitu dibaca dan kemudian diterjemahkan ke dalam protein. Oleh itu, histon mengatur gen aktiviti gen individu di sekitarnya dan membenarkan transkripsi dan pembentukan helai mRNA. Apabila sel memasuki pembahagian sel, DNA tidak diterjemahkan ke dalam protein, tetapi diedarkan secara merata antara dua sel anak yang terbentuk. Oleh itu, kromatin sangat pekat, dan juga stabil oleh histon kromosom menjadi kelihatan dan dapat diedarkan ke sel-sel yang baru terbentuk dengan bantuan banyak protein bukan histon lain.

Penyakit

Histones sangat penting dalam pembentukan makhluk hidup baru. Sekiranya, disebabkan oleh mutasi pada gen histon, satu atau lebih protein histon tidak dapat terbentuk, organisme tersebut tidak dapat dilaksanakan dan pengembangan selanjutnya dihentikan sebelum waktunya. Ini disebabkan terutamanya oleh pemuliharaan histon urutan yang tinggi. Walau bagaimanapun, telah diketahui sejak beberapa lama bahawa pada kanak-kanak dan orang dewasa dengan pelbagai penyakit ganas otak tumor, mutasi boleh berlaku pada pelbagai gen histone sel tumor. Terutama dalam apa yang disebut glioma, mutasi pada gen histon telah dijelaskan. Juga, kepingan kromosom memanjang telah dijumpai pada tumor ini. Ini, dipanggil telomeres, bahagian akhir kromosom biasanya bertanggungjawab untuk umur panjang kromosom. Dalam konteks ini, nampaknya memanjang telomeres pada tumor dengan mutasi histon memberikan kelebihan degenerasi sel kelangsungan hidup. Sementara itu, jenis lain dari kanser diketahui mempunyai mutasi pada pelbagai gen histon dan dengan demikian menghasilkan protein histon bermutasi yang tidak menjalankan tugas pengawalseliaannya atau melakukannya dengan buruk. Penemuan ini sedang digunakan untuk mengembangkan bentuk terapi untuk tumor ganas dan agresif juga.