Histonlar

Histonlar hücre çekirdeklerinin bir parçasıdır. Varlıkları, tek hücreli organizmalar (bakteriler) ve çok hücreli organizmalar (insanlar, hayvanlar veya bitkiler) arasında ayırt edici bir özelliktir. Çok az bakteri suşu, histonlara benzer proteinlere sahiptir. Evrim, daha yüksek canlıların hücrelerinde genetik materyal olarak da bilinen çok uzun DNA zincirini daha iyi ve daha etkili bir şekilde barındırmak için histonlar üretmiştir. Çünkü insan genomu çözülmüş olsaydı, hücrenin bulunduğu hücre aşamasına bağlı olarak yaklaşık 1-2 m uzunluğunda olurdu.

Histonlar nelerdir?

Daha gelişmiş organizmalarda, histonlar hücre çekirdeklerinde meydana gelir ve yüksek oranda pozitif yüklü amino asitlere (özellikle lizin ve arginin) sahiptir. Histon proteinleri beş ana gruba ayrılır - H1, H2A, H2B, H3 ve H4. Dört grup H2A, H2B, H3 ve H4'ün amino asit dizileri farklı canlılar arasında neredeyse hiç farklılık göstermezken, bir bağlantı histonu olan H1 için daha fazla fark vardır. Kuşların çekirdek içeren kırmızı kan hücreleri söz konusu olduğunda, H1, H5 adı verilen başka bir ana histon grubu ile tamamen değiştirilmiştir.

Çoğu histon proteinindeki dizilerin büyük benzerliği, çoğu organizmada DNA'nın "paketlenmesinin" aynı şekilde gerçekleştiği ve elde edilen üç boyutlu yapının histonların işlevi için eşit derecede etkili olduğu anlamına gelir. Evrim sırasında, histonların gelişimi çok erken olmuş olmalı ve memeliler veya insanlar ortaya çıkmadan önce bile korunmuş olmalıdır.

Anatomi ve yapı

Bir hücrede tek tek bazlardan (nükleotidler olarak adlandırılır) yeni bir DNA zinciri oluşur oluşmaz, "paketlenmesi" gerekir. Bu amaçla, histon proteinleri dimerize olur ve daha sonra her biri iki tetramer oluşturur. Son olarak, bir histon çekirdeği, etrafına DNA zincirinin sarıldığı ve kısmen nüfuz ettiği histon oktamer olmak üzere iki tetramerden oluşur. Histon oktameri böylelikle bükülmüş DNA ipliği içindeki üç boyutlu yapıda bulunur.

Etraflarında DNA bulunan sekiz histon proteini, bir nükleozomun tüm kompleksini oluşturur. İki nükleozom arasındaki DNA alanı, bağlayıcı DNA olarak adlandırılır ve yaklaşık 20-80 nükleotid içerir. Bağlayıcı DNA, DNA'nın histon oktamerine "girmesinden" ve "ayrılmasından" sorumludur. Dolayısıyla bir nükleozom, yaklaşık 146 nükleotit, bir bağlayıcı DNA parçası ve sekiz histon proteininden oluşur, böylece 146 nükleotit, histon oktameri etrafında 1.65 kez sarılır.

Ayrıca, her nükleozom bir H1 molekülü ile ilişkilendirilir, böylece DNA'nın giriş ve çıkış noktaları, bağlanan histon tarafından bir arada tutulur ve DNA'nın kompaktlığı artar. Bir nükleozomun çapı yaklaşık 10-30 nm'dir Birçok nükleozom, elektron mikroskobu altında bir dizi inci gibi görünen uzun bir DNA-histon zinciri olan kromatin oluşturur. Nükleozomlar, ip benzeri DNA ile çevrelenmiş veya birbirine bağlanmış "inciler" dir.

Bir dizi histon olmayan protein, tek tek nükleozomların veya bir hücre bölünecekse nihayetinde tek tek kromozomları oluşturan tüm kromatinin oluşumunu destekler. Kromozomlar, kromatinin maksimum sıkıştırma türüdür ve bir hücrenin çekirdek bölünmesi sırasında ışık mikroskobu ile tanınabilir.

İşlev ve görevler

Yukarıda bahsedildiği gibi, histonlar pozitif yüklü temel proteinlerdir, bu nedenle elektrostatik çekim yoluyla negatif yüklü DNA ile etkileşirler. DNA, histon oktamerlerinin etrafını "sarar", böylece DNA daha kompakt hale gelir ve her hücrenin çekirdeğine sığar. H1, yüksek seviyeli kromatin yapısını sıkıştırma işlevine sahiptir ve çoğunlukla transkripsiyonu ve dolayısıyla translasyonu, yani bu DNA parçasının bir mRNA aracılığıyla proteinlere translasyonunu önler.

Hücrenin "durgun" (fazlar arası) veya bölünmüş olmasına bağlı olarak, kromatin daha az veya daha güçlü yoğunlaşır, yani paketlenir. Ara fazda, kromatinin büyük kısımları daha az yoğunlaşır ve bu nedenle mRNA'lara kopyalanabilir, yani okunabilir ve daha sonra proteinlere çevrilebilir. Histonlar, çevrelerindeki münferit genlerin gen aktivitesini düzenler ve transkripsiyona ve mRNA ipliklerinin oluşturulmasına izin verir.

Bir hücre bölünmeye başladığında, DNA proteinlere dönüştürülmez, ancak oluşturulan iki yavru hücre arasında eşit olarak dağıtılır. Kromatin bu nedenle güçlü bir şekilde yoğunlaştırılır ve ek olarak histonlar tarafından stabilize edilir. Kromozomlar görünür hale gelir ve histon olmayan diğer birçok proteinin yardımıyla yeni ortaya çıkan hücrelere dağıtılabilir.

Hastalıklar

Yeni bir canlının yaratılmasında tarih taşları esastır. Histon genlerindeki mutasyonlardan dolayı bir veya daha fazla histon proteini oluşamazsa, bu organizma yaşayamaz ve daha fazla gelişme erken durdurulur. Bu, esas olarak histonların yüksek sekanslı korunmasından kaynaklanmaktadır.

Bununla birlikte, çeşitli habis beyin tümörlerine sahip çocuklarda ve yetişkinlerde, tümör hücrelerinin çeşitli histon genlerinde mutasyonların meydana gelebileceği bir süredir bilinmektedir. Histon genlerindeki mutasyonlar, her şeyden önce sözde gliomlarda tanımlanmıştır. Bu tümörlerde uzun kromozom kuyrukları da keşfedildi. Kromozomların telomer adı verilen bu uç bölümleri normalde kromozomların uzun ömürlülüğünden sorumludur. Bu bağlamda, histon mutasyonlu tümörlerdeki uzamış telomerlerin bu dejenere hücrelere bir hayatta kalma avantajı sağladığı görülmektedir.

Bu arada, çeşitli histon genlerinde mutasyonlara sahip olan ve bu nedenle, düzenleyici görevlerini yerine getirmeyen veya çok zayıf bir şekilde yerine getiren mutasyona uğramış histon proteinleri üreten diğer kanser türleri bilinmektedir. Bu bulgular şu anda özellikle kötü huylu ve agresif tümörler için tedavi formları geliştirmek için kullanılmaktadır.