biotechnologia


 
 

Histony

histony IBB PAN PRZEDRUK, oryginał dostępny pod adresem www
Fragment skryptu: Biologia molekularna roślin

Uniwersytet Warszawski (www)
Instytut Biochemii i Biofizyki PAN (www)
Zakład Biologii Molekularnej Roślin (www)
Kierownik Zakładu: Prof. dr hab. Andrzej Jerzmanowski

Adres:
ul. Pawińskiego 5a,
02-106 Warszawa

Kontakt: tel. (+48 22) 592 5704,
E-mail: andyj@ibb.waw.pl


Zakład Biologii Molekularnej Roślin

Problematyka badawcza: Rola struktury chromatyny w regulacji rozwoju roślin oraz w odpowiedzi na czynniki stresowe i hormonalne. Prowadzone aktualnie badania mają na celu poznanie funkcji roślinnych kompleksów remodelujących chromatynę, histonu H1 i modyfikacji potranslacyjnych histonów rdzeniowych, a także opisanie proteomu jądrowego rośliny modelowej Arabidopsis thaliana.
Stosowane techniki: Większość metod biologii molekularnej, metody biochemii białek, analiza proteomiczna (mass-spec) i transkryptomiczna (mikromacierze), genetyka Arabidopsis thaliana (konstrukcja i analiza mutantów), metody bioinformatyczne.
_______________________________________________________________________________


Histony są zasadowymi białkami wchodzącymi w skład nukleoproteinowego kompleksu, zwanego chromatyną. Białka histonowe mają niewielką masę cząsteczkową, poniżej 23 kDa. Zawierają dużo aminokwasów zasadowych, zwłaszcza lizyny i argininy, przez co neutralizują kwasowy charakter chromatyny. Białka histonowe są silnie związane z helisą DNA, tworzą z nią nukleoproteiny, które są obojętne elektrycznie.


Wyróżniamy się pięć typów histonów:

- H1 - najbardziej zasadowy i największy z histonów, określany niekiedy histonem łącznikowym,
- H2A,
- H2B,
- H3,
- H4.

Histony H1, H2A oraz H2B są szczególnie bogate w lizynę, natomiast histony H3 i H4 są bogate w argininę. Najbardziej zmienny, spośród histonów, jest H1, z kolei histony H3 i H4 są najbardziej konserwatywne.


Potranslacyjne modyfikacje histonów


Ogony histonów rdzeniowych podlegają różnorodnym, z reguły odwracalnym modyfikacjom potranslacyjnym. Modyfikacje te mogą polegać na przyłączeniu niewielkich grup takich jak reszta metylowa, acetylowa czy fosforanowa, jak również dużych cząsteczek, jak w przypadku ubikwitynylacji i sumoilacji. Modyfikacjom potranslacyjnym podlegają liczne reszty aminokwasowe znajdujące się we wszystkich histonach rdzeniowych (rys. 1).


Rys.1. Schemat budowy nukleosomu z widocznymi „ogonami histonowymi” na zewnątrz rdzenia.

Istnieje więc bardzo duży zbiór potencjalnych wzorów modyfikacji pojedynczego nukleosomu. Wraz z nowymi odkryciami obraz ten dodatkowo się komplikuje. Okazało się, m.in., że także liczba przyłączonych grup funkcyjnych może być różna, np. metylacja lizyny 9 histonu H3 - H3K9 może być pojedyncza (H3K9me), podwójna lub potrójna (H3K9me2 i H3K9me3). Ponadto, modyfikacjom mogą ulegać nie tyko ogony, ale również domena globularna histonów rdzeniowych, a także histon łącznikowy H1. Odkrywane są również nowe rodzaje modyfikacji, takie jak izomeryzacja proliny lub zamiana argininy na cytrulinę (deiminacja) (Kouzarides 2007).

Uważa się, że modyfikacje ogonów histonów rdzeniowych wpływają na strukturę chromatyny poprzez dwa odrębne mechanizmy.

Pierwszy z nich polega na modulacji oddziaływań histon-histon oraz histon-DNA, wynikającej ze zmiany ładunku histonów i osłabienia ich wiązania do DNA (acetylacja, fosforylacja) lub zaburzeniu struktury nukleosomu (modyfikacje w obrębie domeny globularnej).

Drugim mechanizmem działania modyfikacji jest ich wpływ (promujący lub hamujący) na wiązanie białek regulujących strukturę chromatyny. Białka te odczytują znaczenie danego wzoru modyfikacji i powodują dalsze modyfikacje chromatyny - samodzielnie lub poprzez rekrutację innych czynników (np. ATP-zależnych kompleksów remodelujących chromatynę).

Hipoteza kodu histonowego


Z drugim mechanizmem związana jest hipoteza kodu histonowego, mówiąca o tym, że określone wzory modyfikacji histonów decydują o stanie chromatyny i aktywności genów w jej obszarze, a w konsekwencji na określony efekt biologiczny. Potwierdzeniem hipotezy kodu histonowego była m.in. identyfikacja domen białkowych wiążących określone modyfikacje histonów rdzeniowych, takich jak bromodomena wiążąca acetylowane histony, czy chromodomena wiążąca niektóre typy metylowanych histonów.


Fosforylacja histonu H3


Zależna od cyklu komórkowego fosforylacja histonu H3 w serynie 10 (H3S10ph) jest konserwowana wśród organizmów eukariotycznych. Ta dynamiczna potranslacyjna modyfikacja jest zaangażowana zarówno w aktywację transkrypcji jak i w kondensację oraz segregację chromosomów. Wiele procesów zachodzących w trakcie mitozy jest uzależnionych od upakowania chromatyny do jej mitotycznej formy. Pojawia się coraz więcej dowodów na to, że upakowanie chromosomów jest regulowane między innymi poprzez potranslacyjną modyfikację histonów – fosforylację. Obecnie fosforylacja histonu H3 jest uznawana za jeden z mitotycznych biomarkerów.


Z obserwacji wielu organizmów wynika, że poziom fosforylacji histonu H3 jest niski w czasie interfazy, wzrasta na początku podziałów komórkowych i opada podczas telofazy. W przypadku komórek zwierzęcych mitotycznie specyficzna fosforylacja H3S10 rozpoczyna się w późnej fazie G2 w obszarach perycentromerycznych heterochromatyny i rozprzestrzenia się w sposób uporządkowany i zbieżny z kondensacją chromosomów. Modyfikacja ta jest jednolicie dystrybuowana na chromosomy, zarówno w mitozie jak mejozie.

U roślin, w trakcie podziałów mitotycznych poziom fosforylacji jest wysoki w częściach perycentromerycznych i niski w obszarach ramion chromosomów. Ta specyficzna dla perycentromerów fosforylacja może być zaburzona przez działanie stresu chłodu lub działanie inhibitorów fosfataz. Wyjątkiem są rośliny o chromosomach policentromerycznych, u których fosforylowane są histony H3 na całej długości chromosomów. W przypadku podziałów mejotycznych istnieją różnice pomiędzy pierwszym, a drugim podziałem.
Podczas pierwszego podziału mejotycznego fosforylowane są histony H3 na całym chromosomie, podczas gdy w trakcie drugiego podziału fosforylacja ograniczona jest, podobnie jak w mitozie, do obszarów perycentromerów. Podobny profil wykazuje również fosforylacja histonu H3 w serynie 28.

Tak szczegółowy obraz zmian modyfikacyjnych poznano przy użyciu przeciwciał specyficznych dla ufosforylowanych epitopów histonu H3.

Literatura:

Kouzarides T. Chromatin modifications and their function. Cell. 2007, 128(4): 693-705.

Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

122 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 
 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u