ฮิสโตน: โครงสร้างหน้าที่และโรค

ฮิสโตนเป็นส่วนประกอบของนิวเคลียสของเซลล์ การปรากฏตัวของพวกมันเป็นลักษณะที่แตกต่างระหว่างสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียว (แบคทีเรีย) และสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (มนุษย์สัตว์หรือพืช) มีแบคทีเรียเพียงไม่กี่สายพันธุ์เท่านั้นที่มี โปรตีน ที่คล้ายกับฮิสโตน วิวัฒนาการได้ผลิตฮิสโตนเพื่อรองรับสายโซ่ดีเอ็นเอที่ยาวมากขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้นหรือที่เรียกว่าสารพันธุกรรมในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตชั้นสูง เนื่องจากถ้าจีโนมของมนุษย์ถูกแยกออกจากกันมันจะมีความยาวทั้งหมดประมาณ 1-2 ม. ขึ้นอยู่กับว่าเซลล์นั้นอยู่ในระยะใด

ฮิสโตนคืออะไร?

ในสิ่งมีชีวิตที่มีการพัฒนาสูงมากขึ้นจะพบฮิสโตนในนิวเคลียสของเซลล์และมีประจุบวกสูง กรดอะมิโน (ส่วนใหญ่ ไลซีน และ อาร์จินี). ฮิสโตน โปรตีน แบ่งออกเป็นห้ากลุ่มหลัก ได้แก่ H1, H2A, H2B, H3 และ H4 ระหว่างสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันลำดับกรดอะมิโนของทั้งสี่กลุ่ม H2A, H2B, H3 และ H4 แตกต่างกันเล็กน้อยในขณะที่มีความแตกต่างกันมากขึ้นสำหรับ H1 ซึ่งเป็นฮิสโตนที่เชื่อมโยงกัน ในนิวเคลียสสีแดง เลือด เซลล์ของนก H1 ถูกแทนที่ด้วยกลุ่มฮิสโตนหลักอีกกลุ่มหนึ่งที่เรียกว่า H5 ความคล้ายคลึงกันของลำดับในระดับสูงในฮิสโตนส่วนใหญ่ โปรตีน หมายความว่าในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่“ บรรจุภัณฑ์” ของดีเอ็นเอเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันและโครงสร้างสามมิติที่ได้ก็มีประสิทธิภาพเท่าเทียมกันสำหรับการทำงานของฮิสโตน ดังนั้นในช่วงวิวัฒนาการการพัฒนาฮิสโตนจะต้องเกิดขึ้นเร็วมากและได้รับการบำรุงรักษาด้วยวิธีนี้ก่อนที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหรือมนุษย์จะวิวัฒนาการ

กายวิภาคศาสตร์และโครงสร้าง

เมื่อเป็นสายโซ่ดีเอ็นเอใหม่ของแต่ละบุคคล ฐาน (เรียกว่านิวคลีโอไทด์) เกิดขึ้นในเซลล์โดยจะต้อง "บรรจุ" ในการทำเช่นนี้โปรตีนฮิสโตนจะลดขนาดลงซึ่งแต่ละตัวจะสร้างตัวเตตระเมอร์สองตัว ในที่สุดฮิสโตนคอร์ประกอบด้วยเตตระเมอร์ 20 ตัวคือฮิสโตนอ็อกทาเมอร์ซึ่งสายดีเอ็นเอห่อหุ้มและแทรกซึมบางส่วน ดังนั้นฮิสโตนอ็อกทาเมอร์จึงอยู่ในโครงสร้างสามมิติภายในเกลียวดีเอ็นเอที่ขด โปรตีนฮิสโตนแปดตัวที่มีดีเอ็นเออยู่รอบตัวก่อให้เกิดความซับซ้อนโดยรวมของนิวคลีโอโซม บริเวณดีเอ็นเอระหว่างนิวคลีโอโซมทั้งสองเรียกว่าดีเอ็นเอตัวเชื่อมและประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ประมาณ 80-146 ตัว Linker DNA มีหน้าที่ในการ "เข้า" และ "ออก" ของ DNA ไปยัง histone octamer ดังนั้นนิวคลีโอโซมจึงประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ประมาณ 146 นิวคลีโอไทด์ส่วนดีเอ็นเอตัวเชื่อมและโปรตีนฮิสโตนแปดตัวซึ่งทำให้นิวคลีโอไทด์ 1.65 ตัวล้อมรอบฮิสโตนออกเทมเมอร์ 1 เท่า นอกจากนี้นิวคลีโอโซมแต่ละตัวมีความเกี่ยวข้องกับโมเลกุล H10 เพื่อให้จุดเข้าและออกของดีเอ็นเอถูกยึดไว้ด้วยกันโดยฮิสโตนตัวเชื่อมซึ่งจะเพิ่มความกระชับของดีเอ็นเอ นิวคลีโอโซมมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 30-XNUMX นาโนเมตร นิวคลีโอโซมจำนวนมากก่อตัวขึ้น โครมาติซึ่งเป็นสายโซ่ดีเอ็นเอ - ฮิสโตนที่มีลักษณะยาวคล้ายลูกปัดใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน นิวคลีโอโซมคือ "ลูกปัด" ที่ล้อมรอบหรือเชื่อมต่อกันด้วยดีเอ็นเอที่มีลักษณะคล้ายสตริง โปรตีนที่ไม่ใช่ฮิสโตนค่อนข้างน้อยสนับสนุนการสร้างนิวคลีโอโซมแต่ละตัวหรือทั้งหมด โครมาติซึ่งในที่สุดก็เป็นรูปแบบของแต่ละบุคคล โครโมโซม เมื่อเซลล์จะแบ่งตัว โครโมโซม เป็นประเภทการควบแน่นสูงสุดของ โครมาติ และสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงในระหว่างการแบ่งเซลล์ของเซลล์นิวเคลียร์

หน้าที่และภารกิจ

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วฮิสโตนเป็นโปรตีนพื้นฐานที่มีประจุบวกดังนั้นพวกมันจึงทำปฏิกิริยากับดีเอ็นเอที่มีประจุลบโดยการดึงดูดไฟฟ้าสถิต ดีเอ็นเอ "ล้อมรอบ" ฮิสโตนอ็อกเทมเมอร์ในลักษณะที่ดีเอ็นเอมีขนาดเล็กลงและพอดีกับนิวเคลียสของแต่ละเซลล์ ในกระบวนการนี้ H1 มีหน้าที่ในการกระชับโครงสร้าง superordinate chromatin และโดยปกติจะป้องกันการถอดความดังนั้นการแปลกล่าวคือการแปลส่วน DNA นี้เป็นโปรตีนผ่าน mRNA ขึ้นอยู่กับว่าเซลล์กำลัง "พัก" (ระหว่างเฟส) หรือแบ่งตัวโครมาตินจะมีการควบแน่นน้อยลงหรือมากขึ้นกล่าวคือบรรจุ ในระหว่างเฟสส่วนใหญ่ของโครมาตินจะมีการควบแน่นน้อยกว่าและสามารถถ่ายทอดเป็น mRNAs ได้เช่นอ่านแล้วแปลเป็นโปรตีนในภายหลัง ดังนั้นฮิสโตนจึงควบคุม ยีน กิจกรรมของยีนแต่ละยีนในบริเวณใกล้เคียงและอนุญาตให้มีการถอดความและการสร้างเส้น mRNA เมื่อเซลล์เข้าสู่การแบ่งตัวของเซลล์ DNA จะไม่ถูกแปลเป็นโปรตีน แต่จะกระจายอย่างเท่าเทียมกันระหว่างเซลล์ลูกสาวทั้งสองที่ก่อตัวขึ้น ดังนั้นโครมาตินจึงมีการควบแน่นสูงและยังคงความเสถียรโดยฮิสโตน โครโมโซม สามารถมองเห็นได้และสามารถกระจายไปยังเซลล์ที่สร้างขึ้นใหม่ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ฮิสโตน

โรค

ฮิสโตนมีความสำคัญในการสร้างสิ่งมีชีวิตใหม่ หากเนื่องจากการกลายพันธุ์ของยีนฮิสโตนไม่สามารถสร้างโปรตีนฮิสโตนอย่างน้อยหนึ่งชนิดสิ่งมีชีวิตนั้นจะไม่สามารถทำงานได้และการพัฒนาต่อไปจะสิ้นสุดลงก่อนเวลาอันควร สาเหตุหลักมาจากการอนุรักษ์ฮิสโตนในลำดับสูง อย่างไรก็ตามเป็นที่ทราบกันมาระยะหนึ่งแล้วว่าในเด็กและผู้ใหญ่ที่มีโรคร้ายต่างๆ สมอง เนื้องอกการกลายพันธุ์สามารถเกิดขึ้นได้ในยีนฮิสโตนต่างๆของเซลล์เนื้องอก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสิ่งที่เรียกว่า ไกลโอมามีการอธิบายการกลายพันธุ์ของยีนฮิสโตน นอกจากนี้ยังมีการค้นพบชิ้นส่วนปลายโครโมโซมที่ยืดออกในเนื้องอกเหล่านี้ เหล่านี้เรียกว่า telomeresโดยปกติส่วนปลายของโครโมโซมจะมีส่วนทำให้โครโมโซมมีอายุยืนยาวขึ้น ในบริบทนี้ดูเหมือนว่าจะยืดออก telomeres ในเนื้องอกที่มีการกลายพันธุ์ของฮิสโตนทำให้เซลล์ที่เสื่อมสภาพเหล่านี้มีความได้เปรียบในการอยู่รอด ในขณะเดียวกันประเภทอื่น ๆ ของ โรคมะเร็ง เป็นที่ทราบกันดีว่ามีการกลายพันธุ์ในยีนฮิสโตนต่างๆดังนั้นจึงผลิตโปรตีนฮิสโตนที่กลายพันธุ์ซึ่งไม่ได้ทำหน้าที่ด้านกฎระเบียบหรือทำได้ไม่ดีเท่านั้น ปัจจุบันมีการใช้การค้นพบเหล่านี้เพื่อพัฒนารูปแบบของ การรักษาด้วย สำหรับเนื้องอกที่เป็นมะเร็งและลุกลามโดยเฉพาะเช่นกัน