Варианты коревых гистонов. Основное количество коревых гистонов кодируется гистоновых генами, которые у всех организмов собраны в кластеры (по пять генов - четыре гена коревых гистонов плюс ген линкерного гистона Н1), что тандемно повторяются много раз. В отличие от большинства других эукариотических генов, гистоны гены характеризуются двумя особенностями: они не содержат интронов, и их мРНК не поддается полиаденилуванню на 3'-конце. Наиболее активная экспрессия гистоновых генов происходит в S-фазе клеточного цикла-одновременно с репликацией ДНК, то есть тогда, когда образуется вдвое больше нуклеосом на удвоенном количестве ДНК. Согласована с репликацией доставка гистонов в хроматина в виде гистоновых комплексов осуществляется с помощью гистоновых шаперонов (факторов сборки нуклеосомы) CAF-1 (Chromatin Assembly Factor, состоит из трех субъединиц), который обеспечивает доставку гистонов Н3 и Н4 (в форме гетеродимера) и NAP -1 (Nucleosome Assembly Protein), отвечающий за загрузку в хроматин димера (Н2А-Н2В). В яйцеклетках и клетках зародыша позвоночных присутствуют другие гистонов шапероны - нуклеоплазмин (Np) и N1.

 

Гены в гистоновых кластерах характеризуются определенным незначительным полиморфизмом, и, соответственно, кодирующих гистоны, различающихся несколькими аминокислотными заменами. Такие варианты гистонов называют гомоморфный. Например, у человека все гистонов гены кодируют один вариант гистона Н4 и, как и у большинства животных, три варианта гистона Н3 (Н3.1, Н3.2, Н3.3). Н3.1 и Н3.2 различаются одной аминокислотной заменой, Н3.3 отличается от Н3.2 по четырем аминокислотных позициях. Гомоморфные варианты Н2А и Н2В у человека различаются по десяти позициям, подобный уровень полиморфизма наблюдается у мыши, морского ежа и других животных. Часть гистоновых генов сохраняет активность и вне S-фазой - с целью "подкачки" гистонов в хроматин. В частности, это касается гистонов Н3.3, который называют "гистонов подстановки" в отличие от других гомоморфный вариантов. На вариант Н3.3 обогащенные транскрипционно активные участки-процессы транкрипции вызывают временное удаление гистонов, после чего часть этих гистонов заменяется синтезированы de novo. Независимая от репликации доставка Н3.3 (в составе тетрамера с гистонами Н4) обеспечивается шапероновим комплексом HIRA.

 

Кроме гомоморфный, в хроматине существуют и гетероморфный гистонов варианты - такие, что более существенно отличаются от канонических гистонов. Соответствующие уникальные гены (не входящих в состав гистоновых кластеров) содержат интроны, мРНК подвергается полиаденилуванню, активность этих генов не зависит от репликации ДНК. Среди гетероморфный вариантов коревых гистонов различают один специализированный вариант гистона Н3 и несколько - гистонов Н2А.

 

CenH3 - вариант гистона Н3, который заменяет обычный Н3 в центромерных зонах хромосом (известный также как CENP-A у млекопитающих, Cse4 у дрожжей, CID у дрозофилы). Глобулярная часть CenH3 имеет около 60% гомологии с такой обычного Н3, N-концевые хвосты двух белков не имеют ничего подобного между собой. Более того, N-концевой хвост CenH3 разных организмов сильно варьирует по последовательности и длиной - от 27 до 196 аминокислотных остатков. При этом CenH3 не имеет специфической сродства к повторов, с которых во многих организмов состоит центромерного ДНК (и отличаются значительной вариабельностью нуклеотидных последовательностей у разных видов). Доставка CenH3 в центромерного зоны осуществляется благодаря особым гистоновых шаперона (раздел 7).

 

В глобулярных части CenH3 также наблюдаются определенные отличия от обычного Н3: более длинной есть петля L1, несколько важных остатков Arg (среди погружаются в маленький желобок ДНК, рис. 3, цвет. Вст.) Заменены другими аминокислотами. Нуклеосома, содержащий CENP-A, отличается снижением стабильности нуклеосомнои суперспираль ДНК на концах - по 7 пар оснований на концах нуклеосомнои ДНК слабо взаимодействуют с поверхностью октамер. При этом сама структура нуклеосомы, реконструированной in vitro с участием CenH3, существенно не отличается от обычной. Но in vivo в центромеры дрозофилы и человека формируются особые частицы, содержащие гетеротетрамер Cen ^ - ^-ff?A-ff?B вместо октамер гистонов. Некоторые результаты свидетельствуют, что ДНК в составе этих частиц, возможно, образует правую, а не левую суперспираль.

 

Основная функция CenH3 заключается в определении центромеры как таковой: наличие этого гистоновых варианта обеспечивает взаимодействие с белками кинетохору; частичное раскручивание нуклеосомнои ДНК или более радикальная перестройка нуклеосом в частицы, содержащие гетеротетрамер, - доступ к ДНК других центромерных белков. Наличие CenH3, наверное, предотвращает надкомпактизации митотической хромосомы в центромерного зоне, что способствует формированию кинетохору во время митоза.

 

H2A.Z - вариант, который составляет в хроматине 5-10% от общего количества гистонов Н2А и имеет с обычным Н2А ~ 60% гомологии аминокислотной последовательности. Различия последовательности к С-концевого хвоста, а также элементов глобулярной структуры, привлеченные к контактам с гистонов Н3 при взаимодействии с тетрамер (Н3-Н4) 2 - это взаимодействие ослабляется. Замена димеров Н2А-Н2В на H2A.Z-M2B обеспечивается одним из АТР-зависимых комплексов ремоделирования хроматина (раздел 5). На гистона H2A.Z обогащенные нуклеосомы, занимающие определенные специфические позиции в промотор (раздел 4) - H2A.Z маркирует промотор, где состоялась инициация транскрипции. Кроме того, H2A.Z встречается с повышенной частотой в энхансеры.

 

H2A.X - еще один универсальный для большинства организмов вариант Н2А, равномерно распределен по хроматина. Его содержание в хроматине составляет 2-10% от общего Н2А, 120 первого аминокислотных остатков идентичны обычной Н2А, но С-концевой хвост на 13 остатков длинный и содержит 22 остатки, не гомологичные обычном Н2А. В пределах этой зоны аминокислотной последовательности является характерный олигопептидний мотив Ser-Gln-Glu/Asp-Ф, где Ф - гидрофобный остаток. Остаток Ser является сайтом фосфорилирования специфической киназы. Фосфорилирования осуществляется в ответ на появление в ДНК двухцепочечной разрывов (любым путем - повреждающий влияние ионизирующего излучения, апоптоз, гомологичная рекомбинация, V (D) J-рекомбинация иммуноглобулинового генов др.) - от 100 до 1000 молекул H2A.X подвергаются фосфорилированию в области разрыва. Таким образом, фосфорилированный H2A.X (обозначается как yH2A.X) является сенсором разрывов, который рекрутирует в зону разрыва элементы репарационной системы негомологичной соединения концов ДНК (NHEJ - Non-Homologous End Joining).

 

MacroH2A, полипептидная цепь которого в 3 раза длиннее обычного Н2А, представляет собой гибридную белковую молекулу-обычная аминокислотная последовательность Н2А плюс большое негистонова часть на С-конце, гомологичная некоторым вирусным РНК-связующим белкам. MacroH2A встречается преимущественно в составе инактивированной Х-хромосомы самок млекопитающих (которая находится в сверхкомпактном состоянии во время интерфазы - в виде так называемого тельца Барра, Barr body). Наверное, MacroH2A взаимодействует с молекулами РНК Xist (продукт гена Xist, активного только в составе инактивированной Х-хромосомы), связанными с тельцем Барра, и принимает участие в поддержании инактивированного состояния. Однако, MacroH2A встречается также у самцов млекопитающих и у насекомых (в которых не происходит инактивация Х-хромосомы), принимая, вероятно, участие в дополнительной компактизации определенных геномных участков.

 

H2A.Bbd (от Barr body deficient) - специфический для млекопитающих вариант Н2А, на который обедненные инактивированные Х-хромосомы. За счет сокращения С-концевого хвоста, он короче обычного Н2А и хуже взаимодействует с тетрамер (Н3-Н4) 2 (подобно H2A.Z). Нуклеосома, в состав которой входит H2A.Bbd, частично раскручена - содержит 110-130 пар оснований ДНК. Кроме того, такие нуклеосомы способствуют деконденсация хроматиновыми фибриллы 30 нм. На вариант H2A.Bbd обогащенные транскрипционно активные зоны хроматина.

 

Рассмотрены варианты гистонов являются свойственными для соматических клеток. В хроматине сперматоциты и спермиев всех животных и растений присутствуют особые спермий-специфические варианты гистонов, а также спермий-специфические протамины и протамин-подобные белки (протамины - сравнительно небольшие олигопептиды, обогащенные на Arg), которые обеспечивают плотную компактизации хроматина. У некоторых видов хроматин спермиев содержит спермий-специфические гистоны и имеет нуклеосомну структуру. В других (в частности, у млекопитающих и осетровых рыб) в процессе сперматогенеза гистоны полностью или почти полностью заменяются протамины. У человека только от 4 до 15% ДНК в сперматозоидах входит в состав нуклеосом, остальные - связана с протамин-подобными белками. При этом CENP-A остается в хроматине сперматозоидов, маркируя центромерного зоны.

 

Говоря о гистонов варианты, следует упомянуть также гистона-образные белки архей. Эти белки содержат характерный гистоновых мотив, но не имеют неупорядоченных хвостов. Гистоны архей, как и эукариотические, формируют димеры, а также тетрамеры, похожие по своей структуре на тетрамер (Н3-Н4) 2. Такой тетрамер взаимодействует с ДНК, в результате чего образуется частица, в составе которой участок двойной спирали длиной ~ 60 пар оснований закручивается в элемент (менее одного витка) левой или правой суперспираль.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+