Хистоните са компонент на клетъчните ядра. Тяхното присъствие е отличителна черта между едноклетъчните организми (бактерии) и многоклетъчни организми (хора, животни или растения). Притежават само много малко бактериални щамове протеини които са подобни на хистоните. Evolution е произвел хистони, за да може по-добре и по-ефективно да побере много дългата ДНК верига, наричана още генетичен материал, в клетките на висшите организми. Това е така, защото ако човешкият геном беше развит, той би бил дълъг общо около 1-2 м, в зависимост от това в кой клетъчен стадий се намира клетката.
Какво представляват хистоните?
В по-силно развитите организми хистоните се намират в ядрата на клетките и са с високо положително зареждане аминокиселини (най-вече лизин намлява аргинин). Хистон протеини са разделени на пет основни групи - H1, H2A, H2B, H3 и H4. Между различните организми аминокиселинните последователности на четирите групи H2A, H2B, H3 и H4 се различават малко, докато съществуват повече разлики за H1, свързващ хистон. В ядрено червено кръв клетки на птици, H1 дори е напълно заменен от друга основна хистонова група, наречена H5. Високата степен на сходство на последователността в повечето хистони протеини означава, че при повечето организми „опаковането“ на ДНК се случва по същия начин и получената триизмерна структура е еднакво ефективна за хистоновата функция. По този начин, в хода на еволюцията, развитието на хистоните трябва да е настъпило много рано и да се поддържа по този начин, дори преди да са еволюирали бозайниците или хората.
Анатомия и структура
Веднъж нова ДНК верига на индивида бази (наречен нуклеотиди) се образува в клетка, тя трябва да бъде „опакована“. За целта хистоновите протеини се димеризират, всеки от които след това образува два тетрамера. И накрая, хистоновото ядро се състои от два тетрамера, хистоновия октамер, около който ДНК веригата се увива и частично прониква. По този начин хистоновият октамер е в триизмерната структура в намотаната ДНК верига. Осемте хистонови протеини с ДНК около тях образуват цялостния комплекс на нуклеозома. ДНК регионът между две нуклеозоми се нарича линкерна ДНК и включва около 20-80 нуклеотиди. ДНК на линкера са отговорни за „влизането“ и „излизането“ на ДНК в хистоновия октамер. По този начин, нуклеозома се състои от приблизително 146 нуклеотида, линкерна ДНК част и осем хистонови протеини, така че 146 нуклеотида се увиват около хистоновия октамер 1.65 пъти. Освен това, всяка нуклеозома е свързана с молекула Н1, така че входните и изходните места на ДНК се държат заедно от линкера хистон, увеличавайки компактността на ДНК. Нуклеозома е с диаметър около 10 -30 nm. Образуват се много нуклеозоми хроматин, дълга верига ДНК-хистон, която прилича на низ от мъниста под електронния микроскоп. Нуклеозомите са „мънистата“, които са заобиколени или свързани от струновидната ДНК. Доста нехистонови протеини подпомагат образуването на отделните нуклеозоми или цялото хроматин, което окончателно формира индивида хромозоми когато клетката трябва да се раздели. Хромозомите са максималният тип кондензация на хроматин и са видими чрез светлинна микроскопия по време на ядрено делене на клетка.
Функция и задачи
Както бе споменато по-горе, хистоните са основни протеини с положителен заряд, така че те взаимодействат с отрицателно заредена ДНК чрез електростатично привличане. ДНК "обвива" хистоновите октамери по такъв начин, че ДНК става по-компактна и се побира в ядрото на всяка клетка. В този процес Н1 има функцията да уплътнява надредната хроматинова структура и обикновено предотвратява транскрипцията и по този начин транслацията, т.е. транслацията на тази ДНК част в протеини чрез иРНК. В зависимост от това дали клетката „почива“ (междуфазно) или се дели, хроматинът е по-малко или повече кондензиран, т.е. опакован. В интерфазата големи порции хроматин са по-малко кондензирани и следователно могат да бъдат транскрибирани в иРНК, т.е. прочетени и по-късно трансформирани в протеини. По този начин хистоните регулират ген активност на отделни гени в тяхната близост и позволяват транскрипция и образуване на иРНК вериги. Когато клетката навлезе в клетъчното делене, ДНК не се превежда в протеини, а се разпределя равномерно между двете дъщерни клетки, които се образуват. Следователно, хроматинът е силно кондензиран и допълнително стабилизиран от хистоните хромозоми стават видими и могат да бъдат разпределени в новообразуващите се клетки с помощта на много други нехистонови протеини.
Болести
Хистоните са от съществено значение за формирането на ново живо същество. Ако поради мутации в хистоновите гени един или повече от хистоновите протеини не могат да се образуват, този организъм не е жизнеспособен и по-нататъшното развитие се прекратява преждевременно. Това се дължи главно на високата последователност на запазване на хистоните. От известно време обаче е известно, че при деца и възрастни с различни злокачествени заболявания мозък тумори, могат да възникнат мутации в различните хистонови гени на туморните клетки. Особено в т.нар глиоми, са описани мутации в хистоновите гени. Също така при тези тумори са открити удължени крайни части на хромозомата. Тези, наречени теломери, крайните секции на хромозомите обикновено са отговорни за дълголетието на хромозомите. В този контекст изглежда, че удължената теломери в туморите с хистонови мутации дават на тези дегенерирани клетки предимство за оцеляване. Междувременно други видове рак Известно е, че имат мутации в различните хистонови гени и по този начин произвеждат мутирали хистонови протеини, които не изпълняват своите регулаторни задачи или го правят само лошо. Тези открития в момента се използват за разработване на форми на притежава за особено злокачествени и агресивни тумори.
