Histon
Englisch: histone
Definition
Histone sind basische Proteine des Zellkerns, die aufgrund ihrer Ladungen mit der negativ geladenen Nukleinsäure der Chromosomen interagieren und die Aufspiralisierung bzw. Kondensation zu Heterochromatin ermöglichen: Jedes Histonoktamer wird von 1,65 Spiralwindungen des Nukleinsäurestranges umgeben, was etwa 146 Basenpaaren entspricht. Histone sind reich an den Aminosäuren Arginin, Lysin und Histidin.
Histonklassen
Es sind 5 verschiedene Haupt-Histon-Proteine bekannt, die in zwei Klassen unterteilt werden:
- Kernhistone (core histones):
- Verbindungshiston (linker histone):
Jede Klasse besitzt zahlreiche Subtypen, die von spezifischen Genen kodiert werden.
3D-Modell eines Nukleosoms: Histone in der Mitte, außen (grün) die DNA
Molekulargenetik
Histone liegen im Nukleus als Heterooktamere aus je zwei H2A-, H2B-, H3-, H4-Untereinheiten vor, die zusammen mit der darum gewundenen DNA als Nukleosom bezeichnet werden. Histon H1 sichert die Aufspiralisierung der Nukleinsäure im Bereich der Spacer-DNA.
Histone sind evolutionär sehr alte Moleküle, deren Sequenz hoch konserviert ist. Ihre Gene besitzen keine Introns und erhalten nach der Transkription keinen Poly-A-Schwanz. Die Histongene werden nur in der S-Phase exprimiert, wenn neue DNA gebildet wird.
Der 3' untranslatierte Bereich (3'-UTR) ist sehr kurz und enthält zwei gegenläufig gerichtete Wiederholungseinheiten ("inverted repeats"). Sie bilden eine Haarnadelstruktur aus, die sonst nur in Genen von Prokaryoten vorkommen. Diese Haarnadelstruktur ist für die Reifung der Histon-mRNA und für die Regelung ihrer Lebenszeit in der S-Phase wichtig.
Funktion
Histone dienen primär der Verpackung der DNA. Das durch Histone "komprimierte" DNA-Molekül ist etwa 40.000fach kompakter als die unverpackte DNA.
Darüber hinaus haben Histone eine wichtige Funktion bei der Regulation der Genexpression und der DNA-Reparatur. Histone unterliegen einer posttranslationalen Modifikation, welche ihre Interaktion mit der DNA beeinflusst. Die Histone H3 and H4 besitzen lange Molekülschwänze, die aus dem Nukleosom ragen und an verschiedenen Positionen durch kovalent gebundene Gruppen modifiziert werden können. Die verschiedenen möglichen Alterationen stellen wahrscheinlich einen eigenen Code dar, den Histon-Code, der die Ablesung der genetischen Information steuert, und Teil des epigenetischen Codes ist.
siehe auch: Superhelix
Histonmodifikationen
Chemische Veränderungen der Histone bezeichnet man als Histonmodifikationen. Man findet sie an den N- und C-terminalen Enden der Histone und im globulären Bereich innerhalb des Nukleosoms. Sie beeinflussen die Transkription der DNA.
Acetylierung
Acetylierung findet ausschließlich an Lysinresten statt und bewirkt dort die Neutralisierung der positiven Ladung des Lysins. Dies führt zur Herabsetzung der elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen Lysin und dem negativ geladenen Rückgrat der DNA. Dadurch öffnet sich die Solenoidstruktur, wodurch die Bindung von Transkriptionsfaktoren und entsprechend die Transkription begünstigt wird. Die Acetylierung wird durch Histonacetyltransferasen ausgeführt, die Entfernung der Acetylreste von Histondeacetylasen.
Methylierung
Methylierung kann bei Arginin- und Lysinresten stattfinden. Die Histonmethylierung wird durch Histonmethyltransferasen katalysiert und durch Histondemethylasen rückgängig gemacht. Die Auswirkungen auf die Transkription können sowohl positiv als auch negativ sein.
Phosphorylierung
Eine Phosphorylierung findet bei Aminosäuren mit einer Hydroxygruppe in der Seitenkette statt. Sie kann wie die Methylierung positive oder negative Auswirkungen auf die Transkription haben.
Bildquelle
- Crystal structure of the nucleosome containing histone H3 with the crotonylated lysine 122, Autor: yyszk, Public Domain