Wikipedia

Histon H1

Histon H1 je jedna od pet glavnih porodica histonskih proteina koje su komponente hromatina u eukariotskim ćelijama. Iako visoko konzerviran, on je ipak najvarijabilniji histon u sekvenci među vrstama.

Linkerski histon H1 i porodica H5
PDB prikazivanje HIST1H1B zasnovano na 1ghc.
Identifikatori
SimbolLinker-histon
PfamPF00538
InterProIPR005818
SMARTSM00526
SCOP21hst / SCOPe / SUPFAM
Dostupne proteinske strukture:
Pfam  strukture / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumsažetak strukture
PDB1ghc, 1hst, 1uhm, 1uss, 1ust, 1yqa

Struktura

uredi

Kod Metazoa H1 proteini imaju centralni globulastii domen "krilati heliksa" i duge C- i kratke N-terminalne repove. H1 je uključen u pakovanje podstruktura "perle na niti" u strukturu visokog reda, čiji detalji još nisu riješeni.[1] H1 pronađen u protistima i bakterijama, inače poznati kao nukleoproteini HC1 i HC2 (Pfam PF07432, PF07382), nemaju centralni domen i N-terminalni rep.[2]

 
Dijagram položaja H1 u nukleosomu

H1 je manje konzerviran od jezgarnih histona. Globulasti domen je najkonzerviraniji dio H1.[3]

Funkcija

uredi

Za razliku od ostalih histona, H1 ne čini nukleosomno "zrnce". Umjesto toga, sjedi na vrhu strukture, držeći na mjestu DNK koja je omotana oko nukleosoma. H1 je prisutan u polovičnoj količini od ostala četiri histona, koji doprinose po dvije molekule svakoj kuglici nukleosoma. Osim vezivanja za nukleosom, protein H1 se vezuje za "linker DNK" (dužine približno 20-80 nukleotida) područje između nukleosoma, pomažući u stabilizaciji cik-cak hromatinskog vlakna od 30 nm.[4] Mnogo je naučeno o histonu H1 iz studija na pročišćenim hromatinskim vlaknima. Ionska ekstrakcija linkerskih histona iz nativnog ili rekonstituiranog hromatina pospješuje njegovo odvijanje u hipotonskim uvjetima od vlakana širine 30 nm do nukleosomskih nizova kuglica na niti.[5][6][7]

Neizvjesno je da li H1 promovira solenoidno hromatinsko vlakno, u kojem je izložena linkerska DNK skraćena, ili samo promovira promjenu ugla susjednih nukleosoma, bez uticaja na dužinu linkera[8] Međutim, pokazalo se da povezujući histoni pokreću zbijanje kromatinskih vlakana koja su rekonstituirana in vitro korištenjem sintetskih sekvenci DNK jakog elementa za pozicioniranje '601' nukleosoma.[9] Eksperimenti sa varenjem nukleaza i otiskom DNK sugeriraju da se globulastii domen histona H1 lokalizira u blizini nukleosomske dijade, gdje štiti otprilike 15-30 baznih parova dodatne DNK.[10][11][12][13] Osim toga, eksperimenti na rekonstituiranom hromatinu otkrivaju karakterističan motiv drške na dijadi u prisustvu H1.[14] Uprkos prazninama u razumijevanju, pojavio se opći model u kojem globulasti domen H1 zatvara nukleosom, umrežavanjem dolazne i odlazeće DNK, dok se rep veže za linker DNK i neutralizira njegov negativni naboj.[8][12]

Mnogi eksperimenti koji se bave funkcijom H1 izvedeni su na pročišćenom, obrađenom hromatinu u uslovima niske količine soli, ali uloga H1 in vivo je manje sigurna. Ćelijske studije su pokazale da prekomjerna ekspresija H1 može uzrokovati aberantnu jedarnu morfologiju i strukturu hromatina, te da H1 može poslužiti i kao pozitivan i negativan regulator transkripcije, ovisno o genu.[15][16][17] U ekstraktima jaja žaba roda Xenopus, smanjenje histonskih linkera uzrokuje ~2-struko produženje mitotskih hromosoma, dok prekomjerna ekspresija uzrokuje hiperkompaktaciju hromosoma u neodvojivu masu.[18][19] Potpuni nokaut H1 in vivo nije postignut u višećelijskim organizmima, zbog postojanja više izoformi koje mogu biti prisutne u nekoliko klastera gena, ali različite izoforme histonskih linkera su iscrpljene u različitom stepenu u Tetrahymena, C. elegans, Arabidopsis thaliana, voćnim mušicama i miševima, što rezultira različitim defektima specifičnim za organizam u jedarnoj morfologiji, strukturi hromatina, metilacijama DNK i/ili specifičnoj ekspresiji gena.[20][21][22]

Dinamika

uredi

Dok je većina histona H1 u jedru vezana za hromatin, molekule H1 prelaze između regiona hromatina prilično velikom brzinom.[23][24]

Teško je razumjeti kako bi takav dinamički protein mogao biti strukturna komponenta hromatina, ali se sugerira da ravnoteža u stabilnom stanju unutar jedra još uvijek snažno favorizira povezanost između H1 i hromatina, što znači da unatoč njegovoj dinamici, velika većina od H1 u bilo kojoj vremenskoj tački je vezana hromatin.[25] H1 sabija i stabilizuje DNK pod silom i tokom sastavljanja hromatina, što sugeriše da dinamičko vezivanje H1 može pružiti zaštitu DNK u situacijama kada je potrebno ukloniti nukleosome.[26]

Čini se da su citoplazmatski faktori neophodni za dinamičku razmjenu histona H1 na hromatinu, ali oni tek trebaju biti posebno identificirani.[27] Dinamika H1 može biti u određenoj mjeri posredovana O-glikozilacijama i fosforilacijama. O-glikozilacija H1 može podstaknuti kondenzaciju i zbijanje hromatina. Pokazalo se da fosforilacija tokom interfaze smanjuje afinitet H1 za hromatin i može promovirati dekondenzaciju hromatina i aktivnu transkripciju. Međutim, pokazalo se da fosforilacija tokom mitoza povećava afinitet H1 za hromosome i stoga podstiče kondenzaciju mitotskih hromosoma.[19]

Izoforme

uredi
Glavni članak: Varijanta linkera histona H1

Porodica H1 kod životinja uključuje više H1 izoformi koje se mogu eksprimirati u različitim ili preklapajućim tkivima i razvojnim fazama unutar jednog organizma. Razlog za ove višestruke izoforme ostaje nejasan, ali i njihovo evolucijsko konzerviranje od morskog ježa do čovjeka, kao i značajne razlike u njihovim aminokiselinskim sekvencama sugeriraju da one nisu funkcionalno ekvivalentne.[3][28][29] Jedna izoforma je histon H5, koji se nalazi samo u ptičjim eritrocitima, koji su za razliku od eritrocita sisara po tome što imaju jedra. Druga izoforma je oocitno/zigotna izoforma H1M (također poznata kao B4 ili H1foo), pronađena u morskim ježevima, žabama, miševima i ljudima, koja je u embrionu zamijenjena somatskim izoformama H1A-E, i H10 koji liči na H5.[3][30][31][32] Uprkos tome što ima više negativnih naboja od somatskih izoformi, H1M se veže sa većim afinitetom za mitotske hromosome u ekstraktima jaja žaba ikz roda Xenopus.[19]

Posttranslacijske modifikacije

uredi

Kao i ostali histoni, porodica histona H1 je ekstenzivno posttranslacijsko modificirana (PTM). Ovo uključuje fosforilaciju serina i treonina, acetilaciju lizina, metilaciju lizina i ubikvitinaciju.[33] Ovi PTM-ovi služe različitim funkcijama, ali su manje proučeni od PTM-a drugih histona.

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ Ramakrishnan V, Finch JT, Graziano V, Lee PL, Sweet RM (mart 1993). "Crystal structure of globular domain of histone H5 and its implications for nucleosome binding". Nature. 362 (6417): 219–23. Bibcode:1993Natur.362..219R. doi:10.1038/362219a0. PMID 8384699. S2CID 4301198.
  2. ^ Kasinsky HE, Lewis JD, Dacks JB, Ausió J (januar 2001). "Origin of H1 linker histones". FASEB Journal. 15 (1): 34–42. doi:10.1096/fj.00-0237rev. PMID 11149891. S2CID 10089116.
  3. ^ a b c Izzo A, Kamieniarz K, Schneider R (april 2008). "The histone H1 family: specific members, specific functions?". Biological Chemistry. 389 (4): 333–43. doi:10.1515/BC.2008.037. PMID 18208346. S2CID 1516241.
  4. ^ Jeon, Kwang W.; Berezney, Ronald (1995). Structural and functional organization of the nuclear matrix. Boston: Academic Press. str. 214–7. ISBN 978-0-12-364565-4.
  5. ^ Finch JT, Klug A (juni 1976). "Solenoidal model for superstructure in chromatin". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73 (6): 1897–901. Bibcode:1976PNAS...73.1897F. doi:10.1073/pnas.73.6.1897. PMC 430414. PMID 1064861.
  6. ^ Thoma F, Koller T (septembar 1977). "Influence of histone H1 on chromatin structure" (PDF). Cell. 12 (1): 101–7. doi:10.1016/0092-8674(77)90188-X. PMID 561660. S2CID 11155120.
  7. ^ Thoma F, Koller T, Klug A (novembar 1979). "Involvement of histone H1 in the organization of the nucleosome and of the salt-dependent superstructures of chromatin". The Journal of Cell Biology. 83 (2 Pt 1): 403–27. doi:10.1083/jcb.83.2.403. PMC 2111545. PMID 387806.
  8. ^ a b van Holde K, Zlatanova J (oktobar 1996). "What determines the folding of the chromatin fiber?". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (20): 10548–55. Bibcode:1996PNAS...9310548V. doi:10.1073/pnas.93.20.10548. PMC 38190. PMID 8855215.
  9. ^ Routh A, Sandin S, Rhodes D (juli 2008). "Nucleosome repeat length and linker histone stoichiometry determine chromatin fiber structure". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (26): 8872–7. Bibcode:2008PNAS..105.8872R. doi:10.1073/pnas.0802336105. PMC 2440727. PMID 18583476.
  10. ^ Varshavsky AJ, Bakayev VV, Georgiev GP (februar 1976). "Heterogeneity of chromatin subunits in vitro and location of histone H1". Nucleic Acids Research. 3 (2): 477–92. doi:10.1093/nar/3.2.477. PMC 342917. PMID 1257057.
  11. ^ Whitlock JP, Simpson RT (juli 1976). "Removal of histone H1 exposes a fifty base pair DNA segment between nucleosomes". Biochemistry. 15 (15): 3307–14. doi:10.1021/bi00660a022. PMID 952859.
  12. ^ a b Allan J, Hartman PG, Crane-Robinson C, Aviles FX (decembar 1980). "The structure of histone H1 and its location in chromatin". Nature. 288 (5792): 675–9. Bibcode:1980Natur.288..675A. doi:10.1038/288675a0. PMID 7453800. S2CID 4262304.
  13. ^ Staynov DZ, Crane-Robinson C (decembar 1988). "Footprinting of linker histones H5 and H1 on the nucleosome". The EMBO Journal. 7 (12): 3685–91. doi:10.1002/j.1460-2075.1988.tb03250.x. PMC 454941. PMID 3208745.
  14. ^ Bednar J, Horowitz RA, Grigoryev SA, Carruthers LM, Hansen JC, Koster AJ, Woodcock CL (novembar 1998). "Nucleosomes, linker DNA, and linker histone form a unique structural motif that directs the higher-order folding and compaction of chromatin". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (24): 14173–8. Bibcode:1998PNAS...9514173B. doi:10.1073/pnas.95.24.14173. PMC 24346. PMID 9826673.
  15. ^ Dworkin-Rastl E, Kandolf H, Smith RC (februar 1994). "The maternal histone H1 variant, H1M (B4 protein), is the predominant H1 histone in Xenopus pregastrula embryos". Developmental Biology. 161 (2): 425–39. doi:10.1006/dbio.1994.1042. PMID 8313993.
  16. ^ Brown DT, Alexander BT, Sittman DB (februar 1996). "Differential effect of H1 variant overexpression on cell cycle progression and gene expression". Nucleic Acids Research. 24 (3): 486–93. doi:10.1093/nar/24.3.486. PMC 145659. PMID 8602362.
  17. ^ Gunjan A, Alexander BT, Sittman DB, Brown DT (decembar 1999). "Effects of H1 histone variant overexpression on chromatin structure". The Journal of Biological Chemistry. 274 (53): 37950–6. doi:10.1074/jbc.274.53.37950. PMID 10608862.
  18. ^ Maresca TJ, Freedman BS, Heald R (juni 2005). "Histone H1 is essential for mitotic chromosome architecture and segregation in Xenopus laevis egg extracts". The Journal of Cell Biology. 169 (6): 859–69. doi:10.1083/jcb.200503031. PMC 2171634. PMID 15967810.
  19. ^ a b c Freedman BS, Heald R (juni 2010). "Functional comparison of H1 histones in Xenopus reveals isoform-specific regulation by Cdk1 and RanGTP". Current Biology. 20 (11): 1048–52. doi:10.1016/j.cub.2010.04.025. PMC 2902237. PMID 20471264.
  20. ^ Shen X, Yu L, Weir JW, Gorovsky MA (juli 1995). "Linker histones are not essential and affect chromatin condensation in vivo". Cell. 82 (1): 47–56. doi:10.1016/0092-8674(95)90051-9. PMID 7606784. S2CID 14427681.
  21. ^ Jedrusik MA, Schulze E (april 2001). "A single histone H1 isoform (H1.1) is essential for chromatin silencing and germline development in Caenorhabditis elegans". Development. 128 (7): 1069–80. doi:10.1242/dev.128.7.1069. PMID 11245572.
  22. ^ Lu X, Wontakal SN, Emelyanov AV, Morcillo P, Konev AY, Fyodorov DV, Skoultchi AI (februar 2009). "Linker histone H1 is essential for Drosophila development, the establishment of pericentric heterochromatin, and a normal polytene chromosome structure". Genes & Development. 23 (4): 452–65. doi:10.1101/gad.1749309. PMC 2648648. PMID 19196654.
  23. ^ Misteli T, Gunjan A, Hock R, Bustin M, Brown DT (decembar 2000). "Dynamic binding of histone H1 to chromatin in living cells". Nature. 408 (6814): 877–81. Bibcode:2000Natur.408..877M. doi:10.1038/35048610. PMID 11130729. S2CID 4428934.
  24. ^ Chen D, Dundr M, Wang C, Leung A, Lamond A, Misteli T, Huang S (januar 2005). "Condensed mitotic chromatin is accessible to transcription factors and chromatin structural proteins". The Journal of Cell Biology. 168 (1): 41–54. doi:10.1083/jcb.200407182. PMC 2171683. PMID 15623580.
  25. ^ Bustin M, Catez F, Lim JH (mart 2005). "The dynamics of histone H1 function in chromatin". Molecular Cell. 17 (5): 617–20. doi:10.1016/j.molcel.2005.02.019. PMID 15749012.
  26. ^ Xiao B, Freedman BS, Miller KE, Heald R, Marko JF (decembar 2012). "Histone H1 compacts DNA under force and during chromatin assembly". Molecular Biology of the Cell. 23 (24): 4864–71. doi:10.1091/mbc.E12-07-0518. PMC 3521692. PMID 23097493.
  27. ^ Freedman BS, Miller KE, Heald R (septembar 2010). Cimini D (ured.). "Xenopus egg extracts increase dynamics of histone H1 on sperm chromatin". PLOS ONE. 5 (9): e13111. Bibcode:2010PLoSO...513111F. doi:10.1371/journal.pone.0013111. PMC 2947519. PMID 20927327.
  28. ^ Steinbach OC, Wolffe AP, Rupp RA (septembar 1997). "Somatic linker histones cause loss of mesodermal competence in Xenopus". Nature. 389 (6649): 395–9. Bibcode:1997Natur.389..395S. doi:10.1038/38755. PMID 9311783. S2CID 4390287.
  29. ^ De S, Brown DT, Lu ZH, Leno GH, Wellman SE, Sittman DB (juni 2002). "Histone H1 variants differentially inhibit DNA replication through an affinity for chromatin mediated by their carboxyl-terminal domains". Gene. 292 (1–2): 173–81. doi:10.1016/S0378-1119(02)00675-3. PMID 12119111.
  30. ^ Khochbin S (juni 2001). "Histone H1 diversity: bridging regulatory signals to linker histone function". Gene. 271 (1): 1–12. doi:10.1016/S0378-1119(01)00495-4. PMID 11410360.
  31. ^ Godde JS, Ura K (mart 2008). "Cracking the enigmatic linker histone code". Journal of Biochemistry. 143 (3): 287–93. doi:10.1093/jb/mvn013. PMID 18234717.
  32. ^ Happel N, Doenecke D (februar 2009). "Histone H1 and its isoforms: contribution to chromatin structure and function". Gene. 431 (1–2): 1–12. doi:10.1016/j.gene.2008.11.003. PMID 19059319.
  33. ^ Harshman SW, Young NL, Parthun MR, Freitas MA (novembar 2013). "H1 histones: current perspectives and challenges". Nucleic Acids Research. 41 (21): 9593–609. doi:10.1093/nar/gkt700. PMC 3834806. PMID 23945933.

Šablon:Chromo

Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Histon_H1&oldid=3481570"