Гистон H2A - Histone H2A

Гистон H2A один из пяти основных гистон белки, участвующие в структуре хроматин в эукариотических клетках.

Другой гистон белки находятся: H1, H2B, H3 и H4.

Структура белка H2AFJ

Задний план

Гистоны - это белки, которые упаковывают ДНК в нуклеосомы.[1] Гистоны отвечают за поддержание формы и структуры нуклеосомы. Одна молекула хроматина состоит по крайней мере из одного гистона каждого ядра на 100 пар оснований ДНК.[2]На сегодняшний день известно пять семейств гистонов; эти гистоны называются H1 / H5, H2A, H2B, H3 и H4.[3] H2A считается коровым гистоном наряду с H2B, H3 и H4. Формирование ядра сначала происходит за счет взаимодействия двух молекул H2A.[3] Тогда H2A образует димер с H2B; ядро молекулы завершено, когда H3-H4 также присоединяется с образованием тетрамера.

Варианты последовательности

Гистон H2A состоит из неаллельных вариантов.[4] Термин «гистон H2A» намеренно неспецифичен и относится к множеству близкородственных белков, которые часто различаются всего несколькими аминокислотами. Известные варианты включают H2A.1, H2A.2, H2A.X, и H2A.Z. Варианты H2A можно изучить с помощью База данных "HistoneDB with Variants"

В дифференцирующихся клетках происходят изменения в вариантном составе. Это наблюдалось при дифференцировке нейронов во время синтеза и обмена; изменения в составе вариантов наблюдались среди гистона H2A.1. Единственным вариантом, который оставался постоянным в нейральной дифференцировке, был вариант H2AZ.[4] H2AZ представляет собой вариант, который обменивается с обычным коровым белком H2A; этот вариант важен для сайленсинга генов.[5]

Физически есть небольшие изменения на поверхности нуклеосомы, которые отличают гистон от H2A. Недавние исследования показывают, что H2AZ включается в нуклеосому с помощью Swr1, связанной с Swi2 / Snf2 аденозинтрифосфатазы.[6]

Другой идентифицированный вариант H2A - это H2AX. Этот вариант имеет C-терминал расширение, которое используется для восстановления ДНК. Метод ремонта, применяемый в этом варианте: негомологичное соединение концов. Прямое повреждение ДНК может вызвать изменения в вариантах последовательности. Эксперименты, проведенные с ионизирующим излучением, связали γ-фосфорилирование H2AX с двухцепочечным разрывом ДНК.[7] В каждом двухцепочечном разрыве ДНК участвует большое количество хроматина; ответом на повреждение ДНК является образование γ-H2AX.

Наконец, вариант MacroH2A - это вариант, подобный H2A; он закодирован H2AFY ген. Этот вариант отличается от H2A добавлением складчатого домена в его C-концевой хвост. MacroH2A экспрессируется в неактивной Х-хромосоме у женщин.[8]

Структура

Хвосты гистонов и их функция в образовании хроматина

H2A состоит из основного глобулярного домена и длинного N-концевой хвост или С-конец на одном конце молекулы. N-концевой или C-концевой хвост - это расположение посттрансляционная модификация. Пока что исследователи не выявили никаких вторичных структур, возникающих в хвосте. H2A использует белковую складку, известную как «гистоновая складка. ’Гистоновая складка представляет собой сердцевинный домен из трех спиралей, который соединен двумя петлями. Это соединение образует «рукопожатие». В частности, это называется спираль-поворот-спираль мотив, который допускает димеризацию с H2B. «Гистоновая складка» среди H2A консервативна на структурном уровне; однако генетическая последовательность, кодирующая эту структуру, различается между вариантами.[9]

Структура варианта macroH2A раскрыта через Рентгеновская кристаллография. Консервативный домен содержит структуру связывания ДНК и пептидазную складку.[10] Функция этого консервативного домена остается неизвестной. Исследования показывают, что этот консервативный домен может функционировать как якорь для ДНК Xist или он также может функционировать как модифицирующий фермент.

Функция

Основные единицы структуры хроматина

Сворачивание ДНК: H2A важен для упаковки ДНК в хроматин. Поскольку H2A упаковывает молекулы ДНК в хроматин, процесс упаковки влияет на экспрессию генов. H2A коррелировал с модификацией ДНК и эпигенетика. H2A играет важную роль в определении общей структуры хроматина. Было обнаружено, что Н2А случайно регулирует экспрессию генов.[9]

Модификация ДНК H2A происходит в ядро клетки. Белки, ответственные за ядерный импорт белка H2A: кариоферин и импортин.[11] Недавние исследования также показывают, что белок сборки нуклеосомы 1 также используется для транспортировки H2A в ядро, чтобы он мог оборачивать ДНК. Другие функции H2A были замечены в гистоновом варианте H2A.Z. Этот вариант связан с активацией гена, подавлением и подавлением антисмысловая РНК. Кроме того, когда H2A.Z исследовали на клетках человека и дрожжей, его использовали для стимулирования рекрутирования РНК-полимеразы II.[12]

Антимикробный пептид: гистоны - это консервативные эукариотические катионные белки, присутствующие в клетках и участвующие в антимикробной активности. Сообщается, что у позвоночных и беспозвоночных вариант гистона H2A участвует в иммунном ответе хозяина, действуя как антимикробные пептиды (AMP). H2A - это α-спиральная молекула, амфипатический белок с гидрофобными и гидрофильными остатками на противоположных сторонах, который усиливает антимикробную активность H2A.[13]

Генетика

H2A кодируется многими генами в геноме человека, включая: H2AFB1, H2AFB2, H2AFB3, H2AFJ, H2AFV, H2AFX, H2AFY, H2AFY2, и H2AFZ Генетические паттерны среди различных молекул H2A в основном сохраняются среди вариантов. Изменчивость в экспрессия гена существует среди регуляторных механизмов, управляющих экспрессией H2A. Исследователи изучили эукариотические эволюционные клоны гистоновых белков и обнаружили диверсификацию среди регуляторных генов. Наибольшие различия наблюдались в мотивах цис-регуляторной последовательности гена корового гистона и ассоциированных белковых факторах. Изменчивость в последовательности генов наблюдалась в генах бактерий, грибов, растений и млекопитающих.[9] Одним из вариантов белка H2A является вариант H2ABbd (с дефицитом тельца Барра). Этот вариант состоит из другой генетической последовательности по сравнению с H2A. Вариант функционирует с транскрипционно активными доменами.[9]Другие варианты, связанные с H2ABbd, находятся в его C-конец. H2ABbd имеет более короткий C-концевой домен по сравнению с большим C-концом, обнаруженным на H2A. Два терминала C идентичны примерно на 48%. H2ABbd функционирует с активными хромосомами. Пока он отсутствует в Xi-хромосомах в фибробласт клетки. Наконец, было обнаружено, что он связан с ацетилированным H4.[14] Различные функции H2A.Z по сравнению с H2A коррелируют с генетическими различиями между H2A и вариантом. Устойчивость к нуклеосомам возникает в H2A.Z путем связывания с фактором H1. Ген H2A.Z является важным геном дрожжей и обозначается как Htz1. Для сравнения, у позвоночных есть два гена H2A.Z.[9] Эти гены H2A.Z1 и H2A.Z2 кодируют белки, которые отличаются от H2A.Z тремя остатками. Сначала исследователи полагали, что эти гены избыточны; однако, когда был создан мутант H2A.Z1, это привело к летальному исходу во время тестов на млекопитающих.[14] Следовательно, H2A.Z1 - важный ген. С другой стороны, исследователи не определили функцию варианта H2A.Z2. Известно, что он транскрибируется у млекопитающих, и экспрессия этого гена сохраняется у млекопитающих. Эта консервация предполагает, что ген функционален.[14]При изучении H2A.Z у видов растений, белок различается по остаткам от вида к виду. Эти различия способствуют различию в клеточный цикл регулирование.[14] Это явление наблюдалось только у растений. Филогенетические деревья были созданы, чтобы показать отклонение вариантов от их предков. Дивергенция варианта H2A.X от H2A произошла в нескольких источниках филогенетического дерева. Приобретение мотива фосфорилирования согласуется со многими происхождениями H2A, которые произошли от предкового H2A.X. Наконец, присутствие H2A.X и отсутствие H2A в грибах заставляет исследователей полагать, что H2A.X был первоначальным предком гистонового белка H2A. [9]

Модификация H2A

Модификация H2A находится в стадии исследования. Однако модификация H2A все же происходит. Серин фосфорилирование сайты были идентифицированы на H2A. Треонин О-GlcNAc также был идентифицирован на H2A. Между модифицированными остатками вариантов H2A существуют большие различия. Например, в H2ABbd отсутствуют модифицированные остатки, существующие в H2A.[14] Различия в модификации изменяют функцию H2ABbd по сравнению с H2A. Как упоминалось ранее, было обнаружено, что вариант H2AX работает в Ремонт ДНК. Эта функция зависит от фосфорилирования С-конца H2AX.[7] Как только H2AX становится фосфорилированным, он может участвовать в репарации ДНК. Вариант H2A.X отличается от H2A модификацией. С-конец H2A.X содержит дополнительный мотив по сравнению с H2A. Добавляемый мотив представляет собой Ser-Gln- (Glu / Asp) - (гидрофобный остаток).[14] Мотив сильно фосфорилируется по остатку серина; если это фосфорилирование происходит, вариант становится γH2A.X. Фосфорилирование происходит за счет разрывов дцДНК.[14] Модификация гистоновых белков иногда может привести к изменению функции. Различные варианты H2A использовались для получения разных функций, генетических последовательностей и модификаций.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Янгсон Р.М. (2006). Словарь Коллинза по биологии человека. Глазго [Шотландия]: Коллинз. ISBN  978-0-00-722134-9.
  2. ^ Хорасанизаде С (январь 2004 г.). «Нуклеосома: от организации генома к регуляции генома». Ячейка. 116 (2): 259–72. Дои:10.1016 / s0092-8674 (04) 00044-3. PMID  14744436. S2CID  15504162.
  3. ^ а б Кокс М.М., Ленингер А.Л., Нельсон Д.Л. (2005). Принципы биохимии Ленингера (4-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Фримен. ISBN  978-0-7167-4339-2.
  4. ^ а б Bosch A, Suau P (ноябрь 1995 г.). «Изменения в составе основных вариантов гистонов в дифференцирующихся нейронах: роли дифференциального оборота и скорости синтеза». Европейский журнал клеточной биологии. 68 (3): 220–5. PMID  8603674.
  5. ^ Суто РК, Кларксон MJ, Tremethick DJ, Люгер К. (декабрь 2000 г.). «Кристаллическая структура ядерной частицы нуклеосомы, содержащей вариантный гистон H2A.Z». Структурная биология природы. 7 (12): 1121–4. Дои:10.1038/81971. PMID  11101893. S2CID  5966635.
  6. ^ Мидзугути Дж., Шен Х, Ландри Дж., Ву У.Х., Сен С., Ву С. (январь 2004 г.). «АТФ-управляемый обмен варианта гистона H2AZ, катализируемый комплексом ремоделирования хроматина SWR1». Наука. 303 (5656): 343–8. Bibcode:2004Наука ... 303..343М. Дои:10.1126 / science.1090701. PMID  14645854. S2CID  9881829.
  7. ^ а б Якоб Б., Сплинтер Дж., Конрад С., Фосс К.О., Цинк Д., Дюранте М., Лебрих М., Таухер-Шольц Г. (август 2011 г.). «Двухцепочечные разрывы ДНК в гетерохроматине вызывают рекрутирование белка быстрой репарации, фосфорилирование гистона H2AX и перемещение в эухроматин». Исследования нуклеиновых кислот. 39 (15): 6489–99. Дои:10.1093 / нар / gkr230. ЧВК  3159438. PMID  21511815.
  8. ^ Костанци С., Пирсон Дж. Р. (июнь 1998 г.). «Гистон macroH2A1 сконцентрирован в неактивной Х-хромосоме самок млекопитающих». Природа. 393 (6685): 599–601. Bibcode:1998Натура 393..599C. Дои:10.1038/31275. PMID  9634239. S2CID  205001095.
  9. ^ а б c d е ж Мариньо-Рамирес Л., Джордан И.К., Ландсман Д. (2006). «Множественные независимые эволюционные решения для регуляции гена ядра гистона». Геномная биология. 7 (12): R122. Дои:10.1186 / gb-2006-7-12-r122. ЧВК  1794435. PMID  17184543.
  10. ^ Аллен М.Д., Бакл А.М., Корделл СК, Лёве Дж., Бикрофт М. (июль 2003 г.). «Кристаллическая структура AF1521, белка из Archaeoglobus fulgidus с гомологией негистоновому домену macroH2A». Журнал молекулярной биологии. 330 (3): 503–11. Дои:10.1016 / с0022-2836 (03) 00473-х. PMID  12842467.
  11. ^ Мосаммапараст Н, Эварт К.С., Пембертон Л.Ф. (декабрь 2002 г.). «Роль белка сборки нуклеосомы 1 в ядерном транспорте гистонов H2A и H2B». Журнал EMBO. 21 (23): 6527–38. Дои:10.1093 / emboj / cdf647. ЧВК  136951. PMID  12456659.
  12. ^ Мариньо-Рамирес Л., Левин К.М., Моралес М., Чжан С., Мореланд Р.Т., Баксеванис А.Д., Ландсман Д. (2011). «База данных гистонов: интегрированный ресурс для гистонов и белков, содержащих складки гистонов». База данных. 2011: bar048. Дои:10.1093 / база данных / bar048. ЧВК  3199919. PMID  22025671.
  13. ^ Ароцкиарадж Дж., Гнанам А.Дж., Кумаресан В., Паланисами Р., Бхатт П., Тирумалай М.К., Рой А., Пасупулети М., Каси М. (ноябрь 2013 г.). «Нетрадиционный антимикробный протеин-гистон из пресноводных креветок Macrobrachium rosenbergii: анализ иммунных свойств». Иммунология рыб и моллюсков. 35 (5): 1511–22. Дои:10.1016 / j.fsi.2013.08.018. PMID  23994279.
  14. ^ а б c d е ж г Talbert PB, Henikoff S (апрель 2010 г.). «Варианты гистонов - древние художники-обертки эпигенома». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология. 11 (4): 264–75. Дои:10.1038 / nrm2861. PMID  20197778. S2CID  10934412.

внешние ссылки