Histon H2A
Histon H2A jest jednym z pięciu głównych białek histonowych zaangażowanych w strukturę chromatyny w komórkach eukariotycznych.
Inne białka histonowe to: H1 , H2B , H3 i H4 .
Tło
Histony to białka, które pakują DNA w nukleosomy . Histony są odpowiedzialne za utrzymanie kształtu i struktury nukleosomu. Jedna cząsteczka chromatyny składa się z co najmniej jednego z każdego histonu rdzeniowego na 100 par zasad DNA. Do tej pory znanych jest pięć rodzin histonów; te histony są określane jako H1/H5, H2A, H2B, H3 i H4. H2A jest uważany za histon rdzeniowy wraz z H2B, H3 i H4. Tworzenie rdzenia następuje najpierw w wyniku interakcji dwóch cząsteczek H2A. Następnie H2A tworzy dimer z H2B; cząsteczka rdzenia jest kompletna, gdy H3-H4 również przyłącza się, tworząc tetramer.
Warianty sekwencji
Histon H2A składa się z wariantów nie allelicznych. Termin „Histon H2A” jest celowo niespecyficzny i odnosi się do różnych blisko spokrewnionych białek, które często różnią się tylko kilkoma aminokwasami. Oprócz formy kanonicznej, godne uwagi warianty to H2A.1, H2A.2 , H2A.X i H2A.Z. Warianty H2A można eksplorować za pomocą bazy danych „HistoneDB with Variants”.
W różnicujących się komórkach zachodzą zmiany w składzie wariantowym. Zaobserwowano to w różnicowaniu neuronów podczas syntezy i obrotu; zmiany w składzie wariantów zaobserwowano wśród histonów H2A.1. Jedynym wariantem, który pozostał stały w różnicowaniu neuronów, był wariant H2A.Z. H2A.Z jest wariantem, który podlega wymianie z konwencjonalnym białkiem rdzeniowym H2A; ten wariant jest ważny dla wyciszania genów.
Fizycznie istnieją niewielkie zmiany na powierzchni nukleosomu, które sprawiają, że histon różni się od H2A. Ostatnie badania sugerują, że H2AZ jest włączany do nukleosomu przy użyciu Swr1, trifosfatazy adenozynowej spokrewnionej z Swi2/Snf2.
Innym zidentyfikowanym wariantem H2A jest H2AX. Ten wariant ma C-końcowe przedłużenie, które jest wykorzystywane do naprawy DNA. Metodą naprawy stosowaną w tym wariancie jest niehomologiczne łączenie końców . Bezpośrednie uszkodzenie DNA może wywołać zmiany w wariantach sekwencji. Eksperymenty przeprowadzone z promieniowaniem jonizującym połączyły γ-fosforylację H2AX z pęknięciem podwójnej nici DNA. W każdym pęknięciu podwójnej nici DNA bierze udział duża ilość chromatyny; odpowiedzią na uszkodzenie DNA jest tworzenie γ-H2AX.
Wreszcie wariant MacroH2A jest wariantem podobnym do H2A; jest kodowany przez H2AFY . Wariant ten różni się od H2A z powodu dodania domeny fałdowej w jego C-końcowym ogonie. MakroH2A ulega ekspresji w nieaktywnym chromosomie X u kobiet.
Struktura
H2A składa się z głównej domeny kulistej, N-końcowego ogona i C-końcowego ogona. Oba ogony są miejscem modyfikacji potranslacyjnej . Jak dotąd naukowcy nie zidentyfikowali żadnych drugorzędnych struktur, które powstają w ogonach. H2A wykorzystuje fałd białkowy znany jako „ fałd histonowy ”. Fałd histonowy to domena rdzenia o trzech helisach, która jest połączona dwiema pętlami. To połączenie tworzy „układ uścisku dłoni”. Przede wszystkim jest to określane jako helisa-obrót-helisa motyw, który pozwala na dimeryzację z H2B. „Fałd histonowy” jest zachowany wśród H2A na poziomie strukturalnym; jednak sekwencja genetyczna kodująca tę strukturę różni się w zależności od wariantu.
Strukturę wariantu makroH2A odsłonięto za pomocą krystalografii rentgenowskiej . Konserwatywna domena zawiera strukturę wiążącą DNA i fałd peptydazy. Funkcja tej konserwatywnej domeny pozostaje nieznana. Badania sugerują, że ta konserwowana domena może działać jako miejsce kotwicy dla Xist DNA lub może również działać jako enzym modyfikujący.
Funkcjonować
Fałdowanie DNA: H2A jest ważny dla pakowania DNA w chromatynę. Ponieważ H2A pakuje cząsteczki DNA w chromatynę, proces pakowania wpłynie na ekspresję genów. H2A został skorelowany z modyfikacją DNA i epigenetyką . H2A odgrywa główną rolę w określaniu ogólnej struktury chromatyny. Nieumyślnie stwierdzono, że H2A reguluje ekspresję genów.
Modyfikacja DNA przez H2A zachodzi w jądrze komórkowym . Białka odpowiedzialne za jądrowy import białka H2A to karioferyna i importyna . Niedawne badania pokazują również, że białko składania nukleosomu 1 jest również wykorzystywane do transportu H2A do jądra, dzięki czemu może owijać DNA. Inne funkcje H2A zaobserwowano w wariancie histonowym H2A.Z. Ten wariant jest związany z aktywacją genu, wyciszaniem i supresją antysensownego RNA . Ponadto, gdy H2A.Z badano w komórkach ludzkich i drożdżowych, stosowano go do promowania rekrutacji polimerazy RNA II.
Peptyd przeciwdrobnoustrojowy: Histony są konserwatywnymi eukariotycznymi białkami kationowymi obecnymi w komórkach i biorącymi udział w działaniach przeciwdrobnoustrojowych. Doniesiono, że u kręgowców i bezkręgowców wariant histonu H2A bierze udział w odpowiedzi immunologicznej gospodarza, działając jako peptydy przeciwdrobnoustrojowe (AMP). H2A to α-helikalna cząsteczka, amfipatyczne białko z hydrofobowymi i hydrofilowymi resztami po przeciwnych stronach, które wzmacnia przeciwdrobnoustrojowe działanie H2A.
Genetyka
H2A jest kodowany przez wiele genów w ludzkim genomie, w tym: H2AFB1 , H2AFB2 , H2AFB3 , H2AFJ , H2AFV , H2AFX , H2AFY , H2AFY2 i H2AFZ . Wzory genetyczne wśród różnych cząsteczek H2A są w większości zachowane wśród wariantów. Zmienność w ekspresji genów istnieje wśród maszynerii regulacyjnej, która zarządza ekspresją H2A. Naukowcy zbadali eukariotyczne linie ewolucyjne białek histonowych i odkryli zróżnicowanie wśród genów regulatorowych. Największe różnice zaobserwowano w motywach cis-regulatorowej sekwencji genu histonu rdzeniowego i związanych z nimi czynników białkowych. Zmienność sekwencji genów zaobserwowano w genach bakterii, grzybów, roślin i ssaków.
Jednym z wariantów białka H2A jest wariant H2ABbd ( z niedoborem ciałek Barra ). Wariant ten składa się z innej sekwencji genetycznej niż H2A. Wariant działa z domenami aktywnymi transkrypcyjnie. Inne odmiany związane z H2ABbd znajdują się w jego C-końcu . H2ABbd ma krótszą domenę C-końcową w porównaniu z dużym C-końcowym znalezionym na H2A. Dwa zaciski C są w około 48% identyczne. H2ABbd działa z aktywnymi chromosomami. Jak dotąd brakuje go w chromosomach Xi w fibroblastów . Wreszcie stwierdzono, że jest związany z acetylowanym H4.
Różne funkcje H2A.Z w porównaniu z H2A są skorelowane z różnicami genetycznymi między H2A a wariantem. Oporność na nukleosomy występuje w H2A.Z poprzez wiązanie się z czynnikiem H1. Gen H2A.Z jest niezbędnym genem u drożdży i jest oznaczony jako Htz1. Dla porównania, kręgowce mają dwa geny H2A.Z. Te geny, H2A.Z1 i H2A.Z2, kodują białka, które różnią się od H2A.Z trzema resztami. Początkowo badacze uznali, że te geny są zbędne; jednak gdy powstał mutant H2A.Z1, spowodował on śmiertelność podczas testów na ssakach. Dlatego H2A.Z1 jest genem niezbędnym. Z drugiej strony badacze nie zidentyfikowali funkcji wariantu H2A.Z2. Wiadomo, że jest on transkrybowany u ssaków, a ekspresja tego genu jest zachowana wśród gatunków ssaków. Ta konserwacja sugeruje, że gen jest funkcjonalny. Podczas badania H2A.Z w gatunkach roślin białka różnią się między pozostałościami w zależności od gatunku. Te różnice przyczyniają się do różnic w regulacja cyklu komórkowego . Zjawisko to zaobserwowano tylko u roślin.
Drzewa filogenetyczne zostały stworzone, aby pokazać rozbieżność wariantów od ich przodków. Rozbieżność wariantu H2A.X z H2A wystąpiła w wielu źródłach drzewa filogenetycznego. Uzyskanie motywu fosforylacji było zgodne z wieloma źródłami H2A, które wywodziły się od przodka H2A.X. Wreszcie, obecność H2A.X i brak H2A w grzybach prowadzi naukowców do przekonania, że H2A.X był pierwotnym przodkiem białka histonowego H2A
Modyfikacja H2A
Modyfikacja H2A jest w trakcie bieżących badań. Występuje jednak modyfikacja H2A. Miejsca fosforylacji seryny zidentyfikowano na H2A. Treonina O -GlcNAc została również zidentyfikowana na H2A. Istnieją duże różnice między zmodyfikowanymi resztami wariantów H2A. Na przykład H2ABbd nie ma zmodyfikowanych reszt, które istnieją w H2A. Różnice w modyfikacji zmieniają funkcję H2ABbd w porównaniu z H2A. Jak wspomniano wcześniej, stwierdzono, że wariant H2AX działa w naprawie DNA . Ta funkcja zależy od fosforylacji C-końca H2AX. Gdy H2AX zostanie ufosforylowany, może działać w naprawie DNA. Wariant H2A.X różni się od H2A modyfikacją. C-koniec H2A.X zawiera dodatkowy motyw w porównaniu z H2A. Dodanym motywem jest Ser-Gln-(Glu/Asp)- (reszta hydrofobowa). Motyw zostaje silnie fosforylowany na reszcie seryny; jeśli zachodzi ta fosforylacja, wariant staje się γH2A.X. Fosforylacja zachodzi z powodu pęknięć dsDNA. Modyfikacja białek histonowych może czasami skutkować zmianą funkcji. Wykorzystano różne warianty H2A, aby mieć różne funkcje, sekwencje genetyczne i modyfikacje.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Nextbio Zarchiwizowane 2020-05-30 w Wayback Machine