Histona
Histona H2A / H2B / H3 / H4
Representación del complejo formado por una partícula de nucleosoma (h3, h4, h2a, h2b) y un fragmento de ADN de 146 pares de bases de longitud ( PDB 1AOI ).
| Pfam | PF00125 |
|---|---|
| Clan Pfam | CL0012 |
| InterPro | IPR007125 |
| SCOP | 1 hora |
| SUPERFAMILIA | 1 hora |
Estructura de la histona HIST1H1B (en) ( PDB 1GHC )
| Pfam | PF00538 |
|---|---|
| InterPro | IPR005818 |
| INTELIGENTE | SM00526 |
| SCOP | 1hst |
| SUPERFAMILIA | 1hst |
Las histonas son proteínas ubicadas en el núcleo de células eucariotas y arqueas . Son los principales componentes proteicos de los cromosomas . De hecho, están estrechamente asociados con el ADN del que permiten la compactación, esta acción forma estructuras llamadas nucleosomas : el ADN se enrolla alrededor de las histonas como un alambre alrededor de una bobina. Las histonas son muy ricas en aminoácidos básicos ( lisina y arginina ), cuya carga positiva a pH fisiológico permite una fuerte interacción con los grupos fosfato del ADN que portan cargas negativas.
Estructura
Las histonas son pequeñas proteínas básicas con una masa molecular entre 13 y 15 kDa. Se caracterizan por un dominio globular C-terminal, el dominio de pliegues de histonas . Este dominio, muy conservado desde arqueas hasta eucariotas superiores, consta de tres hélices α separadas por dos bucles cortos. Permite la dimerización de histonas en el llamado patrón de apretón de manos , que sirve como base para el ensamblaje del nucleosoma .
El dominio de pliegues de histonas se encuentra en muchas proteínas distintas de las histonas y define la familia de proteínas conocidas como similares a las histonas .
El extremo N de las histonas no está estructurado y sobresale del ADN hacia el nucleosoma ensamblado. Estos extremos son accesibles para modificar enzimas .
Diferentes tipos de histonas
Las histonas incluyen cinco clases de proteínas, agrupadas en dos categorías según su papel en la formación del nucleosoma:
- las histonas de las clases H2A , H2B, H3 y H4 constituyen las histonas "centrales", llamadas así porque forman la partícula central del nucleosoma: dos histonas de cada clase se asocian en un octámero alrededor del cual se enrolla el doble. ADN de aproximadamente 150 pares de bases;
- las histonas de la clase H1 son las llamadas histonas de "unión": una histona de esta clase une el ADN en el lugar donde entra y sale de la partícula del núcleo, y así "sella" el nucleosoma.
Cada clase incluye varios subtipos (excepto la clase H4) que se distinguen según su perfil de expresión:
- subtipos cuya expresión está acoplada a la replicación del ADN;
- subtipos cuya expresión es independiente de la replicación del ADN;
- subtipos expresados específicamente en determinados tejidos o en determinadas etapas de desarrollo.
En las células en ciclo, los subtipos cuya expresión se acopla a la replicación predominan en la cromatina, por lo que se denominan histonas convencionales o canónicas . Por el contrario, los otros subtipos se denominan "variantes de histonas" ; generalmente representan menos del 10% del total de histonas en células en ciclo, pero esta proporción puede alcanzar el 50% en células diferenciadas.
Los genes que codifican las histonas convencionales suelen estar presentes en el genoma en múltiples copias organizadas en grupos, por ejemplo, en humanos, tres grupos en los cromosomas 1 y 6; en ratones, tres grupos en los cromosomas 3, 11 y 13. Exhiben características atípicas para los genes eucariotas, como la ausencia de intrones y la terminación de la transcripción señalada por una estructura de tallo-bucle en lugar de una señal de poliadenilación . Por el contrario, los genes que codifican las variantes de histonas solo están presentes en una o dos copias y se distribuyen de forma aislada por todo el genoma; Todos tienen al menos un intrón y una señal de poliadenilación.
Condensación de histonas y ADN
Hay aproximadamente cincuenta y cuatro pares de bases entre dos nucleosomas, este valor varía según la especie (por ejemplo, hay ciento sesenta y cinco para la levadura ). El siguiente nivel de compactación del ADN implica otras proteínas denominadas " no histonas " . "
El grado de condensación del ADN alrededor de los nucleosomas de las histonas y las proteínas que no son histonas es variable a lo largo de los cromosomas , en la cromatina . Tiene un bajo contenido de eucromatina "abierta" y es accesible a la maquinaria de la ARN polimerasa . Tiene un alto contenido de heterocromatina , que se dice que es "cerrada" e "inaccesible" a la maquinaria de transcripción .
Este grado de condensación está regulado por modificaciones de los extremos N-terminales de las histonas, como fosforilaciones , acetilaciones , metilaciones , ubiquitinaciones , sumoilaciones , etc. todas estas modificaciones están catalizadas por enzimas específicas. Las modificaciones covalentes de las histonas actuarían directamente modificando la compactación del ADN que se enrolla alrededor de los nucleosomas, o indirectamente constituyendo "marcas" que permitan el reclutamiento de proteínas capaces de modificar la estructura de la cromatina . El modelo de modificaciones covalentes de histonas que actúan como un código (el "código de histonas") fue propuesto por Strahl y Allis en 2000 en la revista Nature . Sin embargo, este código parece estar lejos de ser universal y relativamente específico según los genes y las células consideradas.
Código de histona
El código de histonas establece un vínculo directo entre la modificación de ciertos residuos de la cola de histonas que crea enlaces para los efectores de proteínas y el estado transcripcional de las cromatinas .
Una modificación de histona puede influir en otra de forma sinérgica o antagónica; es un mecanismo que genera y estabiliza huellas dactilares específicas.
La acetilación (adición de grupo acetilo) se lleva a cabo en enzimas específicas a través de residuos de lisina denominadas histonas acetil transferasas (HAT).
Generalmente disminuye la interacción entre nucleosomas y entre las colas de histonas y el fragmento de ADN que hace el enlace entre los nucleosomas. Esto conduce a la relajación de la cromatina, lo que hace que pase al estado de eucromatina y, por lo tanto, permite una mejor accesibilidad a otros factores. La acetilación está asociada con la activación de la transcripción y es fácilmente reversible mediante la acción de las histonas desacetilasas (HDAC).
La metilación , a su vez, se puede realizar tanto sobre lisina como sobre arginina y puede consistir en añadir uno, dos o tres grupos metilo.
Dependiendo de los residuos metilados y del número de grupos agregados, se asocia con la activación o represión de la transcripción. Considerada durante mucho tiempo estática, la metilación de histonas se muestra como una modificación reversible involucrada en un proceso dinámico, aunque más estable que la acetilación y la fosforilación. Se está identificando un número creciente de histonas desmetilasas.
En general, estos dos tipos de modificaciones son antagónicas y la desacetilación de las lisinas debe preceder a su metilación. Este antagonismo conduce al establecimiento de un cierto equilibrio dinámico entre territorios de heterocromatina (generalmente no expresable y metilada en ciertos aminoácidos clave) y eucromatina (generalmente expresable y acetilada). Por ejemplo, se sabe que la Lisina 9 de la histona H3 está asociada con la represión de la cromatina circundante cuando se metila. Esta metilación es reconocida por una proteína, HP1, que por lo tanto se une a la H3 metilada. A su vez, HP1 atrae la proteína Suv39, una Histona MetilTransferasa, que será capaz de metilar la lisina 9 de la histona H3 del nucleosoma vecino, y así sucesivamente. Por tanto, podemos ver cómo, paso a paso, se metilan las histonas H3 y se condensa la cromatina. Sin embargo, esta invasión de heterocromatina se detendrá si la lisina H3 encontrada 9 ya está acetilada. Por tanto, se establece un equilibrio competitivo entre los dominios de cromatina expresados y reprimidos.
Los cambios en las colas de histonas actúan como "marcas" epigenéticas que dan como resultado el reclutamiento de diferentes clases de proteínas, ya que las lisinas acetiladas o metiladas son reconocidas por diferentes dominios de proteínas. Además, el reclutamiento de ciertos factores a nivel de cromatina requiere la existencia previa de modificaciones de histonas y proteínas ya unidas. Por lo tanto, el código de histonas se interpreta en el contexto de otros factores asociados con la cromatina y es la combinación de interacción entre las histonas modificadas y otros factores lo que determina si una proteína se recluta a la cromatina.
Variantes de histonas
En varias especies eucariotas, se han descubierto variantes de histonas, también llamadas histonas no canónicas.
Estas variantes tienen una secuencia que difiere de la de las histonas convencionales en solo unos pocos residuos (caso de las denominadas variantes homeomórficas ), o en porciones más grandes de la proteína (caso de variantes heteromórficas ).
Las variantes de histonas juegan un papel importante en diferentes aspectos de la biología, como la reparación del ADN, la organización centromérica, la inactivación del cromosoma sexual X y la condensación específica de células de gametos masculinos.
Histonas y temperatura
En el cangrejo ( Arabidopsis thaliana ), una sola histona (H2A.Z) es suficiente para que este taxón sea sensible a variaciones de temperatura de menos de 1 ° C. Esta histona modifica el enrollamiento del ADN sobre sí mismo y así controla el acceso al ADN de ciertas moléculas inhibiendo o activando varias docenas de genes. Este efecto de “biotermostato” parece frecuente en la naturaleza, porque también se detecta en las levaduras .
En el esperma
Las histonas son reemplazadas por protaminas , proteínas ricas en arginina y cisteína .
La riqueza en cisteína permite la formación de un puente disulfuro . Esta estructura protege el ADN durante posibles movimientos vinculados a la fecundación .
Notas y referencias
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Ver también
Bibliografía
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