histoner er en del af cellekernerne. Deres tilstedeværelse er et kendetegn mellem encellulære organismer (bakterier) og flercellede organismer (mennesker, dyr eller planter). Meget få bakteriestammer har proteiner, der ligner histoner. Evolution har produceret histoner for bedre og mere effektivt at rumme den meget lange DNA-kæde, også kendt som genetisk materiale, i cellerne hos højere levende væsener. For hvis det menneskelige genom blev afviklet, ville det være ca. 1-2 m langt, afhængigt af det celletrin, hvor en celle er.
Hvad er histoner?
I mere højtudviklede levende ting forekommer histoner i cellekernerne og har en høj andel af positivt ladede aminosyrer (især lysin og arginin). Histonproteiner er opdelt i fem hovedgrupper - H1, H2A, H2B, H3 og H4. Aminosyresekvenserne i de fire grupper H2A, H2B, H3 og H4 er næppe forskellige fra forskellige levende væsener, medens der er flere forskelle for H1, en forbindende histon. I tilfælde af de kerneholdige røde blodlegemer fra fugle er H1 endda fuldstændigt erstattet af en anden hovedhistongruppe, kaldet H5.
Den store lighed mellem sekvenserne i de fleste histonproteiner betyder, at i de fleste organismer sker "emballering" af DNA på samme måde, og den resulterende tredimensionelle struktur er lige så effektiv til funktionen af histonerne. I løbet af udviklingen skal udviklingen af histoner være sket meget tidligt og må have været opretholdt, allerede før pattedyr eller mennesker opstod.
Anatomi & struktur
Så snart en ny DNA-kæde er oprettet fra individuelle baser (kaldet nukleotider) i en celle, skal den "pakkes". Til dette formål dimeriserer histonproteiner, som derefter hver danner to tetramere. Endelig består en histonkerne af to tetramere, histonoktamer, som DNA-strengen er indpakket og delvis penetrerer. Histonoktamer er således placeret i den tredimensionelle struktur inden i den snoede DNA-streng.
De otte histonproteiner med DNA omkring dem danner hele komplekset af et nukleosom. Området med DNA mellem to nukleosomer kaldes linker-DNA og omfatter omkring 20-80 nukleotider. Linker-DNA er ansvarlig for, at DNA "trænger ind" og "forlader" histonoktamer. Et nukleosom består således af ca. 146 nukleotider, en linker-DNA-del og otte histonproteiner, så de 146 nukleotider vikles 1,65 gange omkring histonoktamer.
Endvidere er hvert nukleosom forbundet med et H1-molekyle, så indgangs- og udgangspunkterne af DNA holdes sammen af den forbindende histon, og kompaktheden af DNAet øges. Et nukleosom har en diameter på ca. 10-30 nm. Mange nukleosomer danner kromatin, en lang DNA-histonkæde, der ligner en streng med perler under elektronmikroskopet. Nukleosomerne er de "perler", der er omgivet eller forbundet af det strenglignende DNA.
Et antal ikke-histonproteiner understøtter dannelsen af de individuelle nukleosomer eller den for hele kromatinen, som til sidst danner de individuelle kromosomer, hvis en celle skal opdeles. Kromosomer er den maksimale type komprimering af kromatin og kan genkendes ved lysmikroskopi under kerneopdelingen af en celle.
Funktion & opgaver
Som nævnt ovenfor er histoner basiske proteiner med en positiv ladning, så de interagerer med det negativt ladede DNA gennem elektrostatisk tiltrækning. DNAet "vikles" rundt om histonoktamerne, så DNA'et bliver mere kompakt og passer ind i kernen i hver celle. Hl har funktionen til at komprimere kromatinstrukturen på højere niveau og forhindrer for det meste transkription og således translation, dvs. oversættelsen af denne DNA-del til proteiner via et mRNA.
Afhængigt af om cellen "hviler" (interfase) eller deler sig, er kromatinet mindre eller mere kraftigt kondenseret, dvs. pakket. I interfasen er store dele af kromatinet mindre kondenseret og kan derfor transkriberes til mRNA'er, dvs. læses og senere oversættes til proteiner. Histoner regulerer genaktiviteten af individuelle gener i deres nærhed og tillader transkription og dannelse af mRNA-strenge.
Når en celle begynder at dele sig, oversættes DNA'et ikke til proteiner, men fordeles jævnt mellem de to datterceller, der oprettes. Kromatinet kondenseres derfor stærkt og stabiliseres yderligere af histoner. Kromosomerne bliver synlige og kan distribueres til de nyligt opståede celler ved hjælp af mange andre ikke-histonproteiner.
sygdomme
Histoner er essentielle i oprettelsen af et nyt levende væsen. Hvis der på grund af mutationer i histongenerne ikke kan dannes et eller flere af histonproteinerne, er denne organisme ikke levedygtig, og videre udvikling stoppes for tidligt. Dette skyldes hovedsageligt den høje sekvensbevaring af histoner.
Det har imidlertid været kendt i nogen tid, at hos børn og voksne med forskellige ondartede hjernesvulster kan mutationer forekomme i de forskellige histonegener i tumorcellerne. Mutationer i histonegenerne er især beskrevet i såkaldte gliomer. Langstrakte kromosomhaler blev også opdaget i disse tumorer. Disse endeafsnit af kromosomerne, kaldet telomerer, er normalt ansvarlige for kromosomernes levetid. I denne sammenhæng ser det ud til, at de langstrakte telomerer i tumorer med histonmutationer giver disse degenererede celler en overlevelsesfordel.
I mellemtiden kendes andre typer kræft, der har mutationer i de forskellige histonegener og således producerer muterede histonproteiner, der ikke eller kun dårligt udfører deres regulatoriske opgaver. Disse fund bruges i øjeblikket til at udvikle former for terapi for især ondartede og aggressive tumorer.
