Конформационные изменения белков-гистонов - Эпигенетическая изменчивость

Как известно, молекула ДНК эукариот плотно упакована в микроскопическом объеме ядра, но при этом сохраняется возможность в нужный момент и в нужной комбинации извлекать из ДНК необходимую информацию, осуществлять эти противоположные задачи помогает хроматин.

Хроматин - чрезвычайно сложный и динамический комплекс, в состав которого входят ДНК и белки-гистоны, именно хроматин служит носителем генетической информации, участвую в избирательном и комбинаторном извлечении информации из ДНК. В зависимости от плотности упаковки различают: 1) гетерохроматин - плотно упакованный, хорошо виден под микроскопом, ДНК не транскрибируется. Встречается конститутивный (одинаков во всех типах клеток) и факультативный (отличается в разных типах клеток) гетерохроматин. 2) эухроматин - неплотно упакованный, слабо заметен под микроскопом, характеризуется транскрипционной активностью. Составляющей единицей хроматина является нуклеосома. Именно нуклеосома состоит из беков-гистонов и опоясывающей их молекулы ДНК.

Белки-гистоны - небольшие по молекулярной массе белки с высоким содержанием положительно заряженных аминокислотных остатков - лизинов и аргининов. Открыты А. Косселем в 1884 году. Молекула гистона состоит из центрального структурированного трехспирального домена и двух неструктурированных N - и С - хвостов. Существует пять типов гистонов: Н1, Н2А, Н2В, Н3 и Н4.

строение нуклеосомы

Рис. 4 - Строение нуклеосомы

Как видно на рисунке, нуклеосома состоит из восьми молекул гистонов: богатые лизином (Н2А)2 и (Н2В)2 и богатые аргинином (Н3)2 и (Н4)2, которые образуют октомер, вокруг которого навивается молекула ДНК. Н1-линкерный гистон, он связывается с межнуклеосомной ДНК.

В результате укладки гистонов, образуется 14 мотивов - белковых структур, расположенных на поверхности гистонов. Мотивы содержат АК+, которые обеспечивают контакт с отрицательно заряженными фосфатами остова ДНК. 14 бороздок ДНК втягивают в себя 14 мотивов, тем самым молекула ДНК жестко фиксируется на поверхности гистонов.

Хвосты гистонов выходят на поверхность хроматиновой фибриллы, они участвуют в межнуклеосомном взаимодействии, они очень подвижны и подвергаются многочисленным модификациям: ацетилирование (Лизин (К)),фосфолирирование (Треонин (Т), серин (S)), метилирование (Лизин (К), Аргинин (R)), убиквитинилирование (Лизин (К)), ADP-рибозилирование, сумоилирование.

хвосты гистонов, подвергающиеся модификациям

Рис. 5 - Хвосты гистонов, подвергающиеся модификациям

Ацетилирование гистоновых хвостов снижает положительный заряд гистонов, нейтрализует лизин(+), тем самым уменьшая притяжение между гистонами и ДНК. Ведет к активации транскрипции генов. Фосфолирирование гистонов совпадает с началом митоза, который начинается с фосфорилирования линкерного гистона H1. Хвосты (N-концевые части) коровых гистонов подвергаются фосфорилированию во время деления клетки. Метилирование - не изменяет заряд гистонов, существует моно-,ди - и триметилирование. Модификации хвостов гистоновых белков влияют на упаковку хроматина, на его поведение при активации генов, их репрессии и многих других процессов, связанных с доступом к ДНК. Наиболее разработанной моделью функционирования хроматина считается "гистоновый код".

"Гистоновый код" - разнообразный набор модификаций гистоновых хвостов, который можно целенаправлено менять и передавать по наследству. Он и определяет функциональное состояние гена. Является основным эпигенетическим механизмом, контролирующим включение или выключение генов и передачу этой программы контроля по наследству от клетки к клетке.

Похожие статьи




Конформационные изменения белков-гистонов - Эпигенетическая изменчивость

Предыдущая | Следующая