Histona H1

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
familia das histonas de unión (linker) H1 e H5
PBB Protein HIST1H1B image.jpg
Modelo da HIST1H1B baseado en PDB 1ghc.
Identificadores
Símbolo Linker_histone
Pfam PF00538
InterPro IPR005818
SMART SM00526
SCOP 1hst
SUPERFAMILY 1hst

A histona H1 é unha das cinco familias de proteínas histonas principais, que compoñen a cromatina das células eucarióticas. Aínda que a súa secuencia está moi conservada, é a histona máis variable entre especies. A histona H1 denomínase histona de unión ou linker. Nas aves descubriuse a histona H5, que se considera unha isoforma da histona H1.

Estrutura[editar | editar a fonte]

A imaxe mostra a posición da histona H1 no nucleosoma.

As proteínas H1 de metazoos presentan un dominio globular central e unha cola C-terminal longa e outra N-terminal curta. A histona H1 está implicada no empaquetamento das subestruturas que semellan "doas dun colar" da cromatina, chamadas nucleosomas, nunha estrutura de orde superior, da que non se coñecen todos os detalles.[1]

Función[editar | editar a fonte]

As funcións que se propuxeron para a H1 son: estabilizar as dúas espiras do ADN que rodean o nucleosoma, participar no espazado dos nucleosomas e a formación de estruturas de orde superior na cromatina, e probable implicación na regulación da expresión xénica.

A diferenza doutras histonas, a H1 non forma parte do núcleo (core) do nucleosoma, senón que se sitúa sobre dita estrutura, mantendo no seu sitio o ADN que se envolve arredor do nucleosoma. A cantidade de histona H1 é a metade ca a das outras histonas, de cada unha das cales hai dúas moléculas en cada nucleosoma. Ademais de unirse ao nucleosoma, a histona H1 únese ao ADN espazador (linker DNA) (tramo de aproximadamente 20-80 nucleótidos de lonxitude situado entre un nucleosoma e outro), que axuda a estabilizar a fibra cromatínica de 30 nm en zigzag.[2] Os estudos de fibras cromatínicas purificadas deron moita información sobre as histonas H1. A extracción iónica das histonas H1 da cromatina reconstituída ou nativa promove o seu despregamento en condicións hipotónicas de modo que a fibra cromatínica de 30 nm convértese nunha cadea de nucleosomas de tipo "colar de doas" de 10 nm de grosor. Por tanto, a histona H1 dalgunha maneira intervén na estabilización da cromatina de 30 nm.[3][4][5]

Non se sabe seguro se o que fai a H1 é promover a formación dunha fibra de cromatina de tipo solenoide de 30 nm, na cal se acurta o ADN espazador exposto, ou ben se simplemente promove un cambio no ángulo entre nucleosomas adxacentes, sen afectar á lonxitude do ADN espazador.[6] Os experimentos de dixestión con nucleases e ADN footprinting suxiren que o dominio globular da histona H1 se localiza preto da díada do nucleosoma, onde protexe aproximadamente 15-30 pares de bases adicionais de ADN.[7][8][9][10]

Ademais, os experimentos en cromatina reconstituída revelan un motivo talo característico na díada en presenza da histona H1.[11] Malia as lagoas que existen na nosa comprensión da estrutura, construíuse un modelo xeral no que o dominio globular da H1 pecha o nucleosoma ao enlazarse ao ADN que entra e ao que sae do nucleosoma, á vez que o dominio da cola se une ao ADN espazador e neutraliza a carga negativa deste.[6][9]

Realizáronse moitos experimentos para determinar a función da H1 en cromatina procesada purificada en condicións de baixa concentración salina, pero o papel da H1 in vivo é menos seguro. Os estudos celulares mostraron que a sobreexpresión de H1 pode orixinar unha morfoloxía nuclear e unha estrutura da cromatina anormais, e que a H1 pode servir tanto coma regulador positivo coma negativo da transcrición, dependendo do xene.[12][13][14] En extractos de ovos do anfibio Xenopus, a depleción da histona H1 causa que a lonxitude dos cromosomas mitóticos pase a ser o dobre do normal, mentres que a sobreexpresión da H1 causa que os cromosomas se hipercompacten formando unha masa inseparable.[15][16] Non se conseguiu un knockout completo para a H1 in vivo en organismos multicelulares debido á existencia de múltiples isoformas que poden estar presentes en varios clusters xénicos, pero conseguiuse a depleción de varias isoformas da histona H1 en diversos graos en organismos como o protozoo Tetrahymena, o verme nematodo Caenorhabditis elegans, a planta Arabidopsis, a mosca da froita e no rato, que orixinou varios defectos específicos de cada organismo na morfoloxía nuclear, estrutura da cromatina, metilación do ADN, e expresión de xenes específicos.[17][18][19]

Dinámica[editar | editar a fonte]

Unha gran sorpresa foi o descubrimento recente feito en experimentos de fotoblanqueo (phtobleaching) de que as histonas H1 son un compoñente da cromatina moito máis dinámico ca as histonas do núcleo do nucleosoma. A histona H1 está constantemente separándose da comatina e volvéndose a unir a outras rexións cromatínicas.[20][21]

É difícil comprender como unha proteína dinámica pode ser un compoñente estrutural da cromatina, pero suxeriuse que o equilibrio de estado estacionario no núcleo favorece claramente a asociación entre a H1 e a cromatina, o que significa que malia a súa dinámica, a gran maioría da H1 en calquera momento dado está unida á cromatina.[22]

Parece que son precisos factores citoplásmicos para o intercambio dinámico da histona H1 na cromatina, pero non foron aínda identificados.[23] A dinámica da H1 pode ser mediada en certa medida por O-glicosilación e fosforilación. A O-glicosilación da H1 pode promover a condensación e compactación da cromatina. A fosforilación durante a interfase sábese que fai diminuír a afinidade da H1 pola cromatina e pode promover a descondensación da cromatina e a transcrición activa. Porén, durante a mitose a fosforilación incrementa a afinidade da H1 polos cromosomas e, por tanto, promove a condensación cromosómica mitótica (ver máis abaixo condensación mitótica por CDK1).[16]

Isoformas[editar | editar a fonte]

A familia da H1 nos animais comprende moitas isoformas da H1 que poden expresarse en tecidos diferentes ou solapados e distintos estados do desenvolvemento dun mesmo organismo. A razón da existencia destas múltiples isoformas non está aínda clara, pero tanto a súa conservación evolutiva desde o ourizo de mar aos humanos coma as significativas diferenzas nas súas secuencias de aminoácidos suxiren que non son funcionalmente equivalentes.[24][25][26] Unha isoforma é a histona H5, que se encontra só nos eritrocitos de aves, os cales, a diferenza dos de mamíferos, teñen núcleo celular. Outra isoforma é a H1M ovocítica/cigótica (tamén chamada B4 ou H1foo), que se encontra en ourizos de mar, ras, ratos, e humanos, que é substituída no embrión polas isoformas somáticas H1A-E, e H10, a cal lembra á H5.[26][27][28][29] A H1M, a pesar de ter máis cargas negativas ca as isoformas somáticas, únese con alta afinidade aos cromosomas mitóticos nos extractos de ovos de Xenopus.[16]

Fosforilación mitótica por CDK1[editar | editar a fonte]

Na mitose, as isoformas somáticas da H1 sofren fosforilación en moitos sitios de consenso da quinase dependente de ciclina 1 (CDK1), que introducen na molécula moitas cargas negativas. A fosforilación incrementa a afinidade da H1 polos cromosomas mitóticos en extractos de ovos e embrións de Xenopus, como se determinou por recuperación por fluorescencia despois de fotoblanqueo (photobleaching) de tipos salvaxes de H1 contra mutantes non fosforilables e de punto fosfomimético. Estes aumentos na afinidade de unión parecían compensar a dilución citoplasmática da H1 que se daba nas células mitóticas despois da disgregación da envoltura nuclear, ilustrando como a célula pode regular a H1 para adaptarse a condicións celulares específicas.[16]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Ramakrishnan V, Finch JT, Graziano V, Lee PL, Sweet RM (March 1993). "Crystal structure of globular domain of histone H5 and its implications for nucleosome binding". Nature 362 (6417): 219–23. DOI:10.1038/362219a0. PMID 8384699.
  2. Jeon, Kwang W.; Berezney, Ronald (1995). Structural and functional organization of the nuclear matrix. Boston. pp. 214–7. ISBN 0-12-364565-4.
  3. Finch JT, Klug A (June 1976). "Solenoidal model for superstructure in chromatin". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 73 (6): 1897–901. DOI:10.1073/pnas.73.6.1897. PMC 430414. PMID 1064861. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=430414.
  4. Thoma F, Koller T (September 1977). "Influence of histone H1 on chromatin structure". Cell 12 (1): 101–7. DOI:10.1016/0092-8674(77)90188-X. PMID 561660.
  5. Thoma F, Koller T, Klug A (November 1979). "Involvement of histone H1 in the organization of the nucleosome and of the salt-dependent superstructures of chromatin". J. Cell Biol. 83 (2 Pt 1): 403–27. DOI:10.1083/jcb.83.2.403. PMC 2111545. PMID 387806. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2111545.
  6. 6,0 6,1 van Holde K, Zlatanova J (October 1996). "What determines the folding of the chromatin fiber?". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93 (20): 10548–55. DOI:10.1073/pnas.93.20.10548. PMC 38190. PMID 8855215. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=38190.
  7. Varshavsky AJ, Bakayev VV, Georgiev GP (February 1976). "Heterogeneity of chromatin subunits in vitro and location of histone H1". Nucleic Acids Res. 3 (2): 477–92. DOI:10.1093/nar/3.2.477. PMC 342917. PMID 1257057. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=342917.
  8. Whitlock JP, Simpson RT (July 1976). "Removal of histone H1 exposes a fifty base pair DNA segment between nucleosomes". Biochemistry 15 (15): 3307–14. DOI:10.1021/bi00660a022. PMID 952859.
  9. 9,0 9,1 Allan J, Hartman PG, Crane-Robinson C, Aviles FX (December 1980). "The structure of histone H1 and its location in chromatin". Nature 288 (5792): 675–9. DOI:10.1038/288675a0. PMID 7453800.
  10. Staynov DZ, Crane-Robinson C (December 1988). "Footprinting of linker histones H5 and H1 on the nucleosome". EMBO J. 7 (12): 3685–91. PMC 454941. PMID 3208745. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=454941.
  11. Bednar J, Horowitz RA, Grigoryev SA, Carruthers LM, Hansen JC, Koster AJ, Woodcock CL (November 1998). "Nucleosomes, linker DNA, and linker histone form a unique structural motif that directs the higher-order folding and compaction of chromatin". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95 (24): 14173–8. DOI:10.1073/pnas.95.24.14173. PMC 24346. PMID 9826673. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=24346.
  12. Dworkin-Rastl E, Kandolf H, Smith RC (February 1994). "The maternal histone H1 variant, H1M (B4 protein), is the predominant H1 histone in Xenopus pregastrula embryos". Dev. Biol. 161 (2): 425–39. DOI:10.1006/dbio.1994.1042. PMID 8313993.
  13. Brown DT, Alexander BT, Sittman DB (February 1996). "Differential effect of H1 variant overexpression on cell cycle progression and gene expression". Nucleic Acids Res. 24 (3): 486–93. DOI:10.1093/nar/24.3.486. PMC 145659. PMID 8602362. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=145659.
  14. Gunjan A, Alexander BT, Sittman DB, Brown DT (December 1999). "Effects of H1 histone variant overexpression on chromatin structure". J. Biol. Chem. 274 (53): 37950–6. DOI:10.1074/jbc.274.53.37950. PMID 10608862.
  15. Maresca TJ, Freedman BS, Heald R (June 2005). "Histone H1 is essential for mitotic chromosome architecture and segregation in Xenopus laevis egg extracts". J. Cell Biol. 169 (6): 859–69. DOI:10.1083/jcb.200503031. PMC 2171634. PMID 15967810. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2171634.
  16. 16,0 16,1 16,2 16,3 Freedman BS, Heald R (June 2010). "Functional Comparison of Linker Histones in Xenopus Reveals Isoform-Specific Regulation by Cdk1 and RanGTP". Curr. Biol. 20 (11): 1048–52. DOI:10.1016/j.cub.2010.04.025. PMC 2902237. PMID 20471264. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2902237.
  17. Shen X, Yu L, Weir JW, Gorovsky MA (July 1995). "Linker histones are not essential and affect chromatin condensation in vivo". Cell 82 (1): 47–56. DOI:10.1016/0092-8674(95)90051-9. PMID 7606784.
  18. Jedrusik MA, Schulze E (April 2001). "A single histone H1 isoform (H1.1) is essential for chromatin silencing and germline development in Caenorhabditis elegans". Development 128 (7): 1069–80. PMID 11245572.
  19. Lu X, Wontakal SN, Emelyanov AV, Morcillo P, Konev AY, Fyodorov DV, Skoultchi AI (February 2009). "Linker histone H1 is essential for Drosophila development, the establishment of pericentric heterochromatin, and a normal polytene chromosome structure". Genes Dev. 23 (4): 452–65. DOI:10.1101/gad.1749309. PMC 2648648. PMID 19196654. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2648648.
  20. Misteli T, Gunjan A, Hock R, Bustin M, Brown DT (December 2000). "Dynamic binding of histone H1 to chromatin in living cells". Nature 408 (6814): 877–81. DOI:10.1038/35048610. PMID 11130729.
  21. Chen D, Dundr M, Wang C, Leung A, Lamond A, Misteli T, Huang S (January 2005). "Condensed mitotic chromatin is accessible to transcription factors and chromatin structural proteins". J. Cell Biol. 168 (1): 41–54. DOI:10.1083/jcb.200407182. PMC 2171683. PMID 15623580. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2171683.
  22. Bustin M, Catez F, Lim JH (March 2005). "The dynamics of histone H1 function in chromatin". Mol. Cell 17 (5): 617–20. DOI:10.1016/j.molcel.2005.02.019. PMID 15749012.
  23. Freedman BS, Miller KE, Heald R (2010). Cimini, Daniela. ed. "Xenopus Egg Extracts Increase Dynamics of Histone H1 on Sperm Chromatin". PLoS ONE 5 (9): e13111. DOI:10.1371/journal.pone.0013111. PMC 2947519. PMID 20927327. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2947519.
  24. Steinbach OC, Wolffe AP, Rupp RA (September 1997). "Somatic linker histones cause loss of mesodermal competence in Xenopus". Nature 389 (6649): 395–9. DOI:10.1038/38755. PMID 9311783.
  25. De S, Brown DT, Lu ZH, Leno GH, Wellman SE, Sittman DB (June 2002). "Histone H1 variants differentially inhibit DNA replication through an affinity for chromatin mediated by their carboxyl-terminal domains". Gene 292 (1–2): 173–81. DOI:10.1016/S0378-1119(02)00675-3. PMID 12119111.
  26. 26,0 26,1 Izzo A, Kamieniarz K, Schneider R (April 2008). "The histone H1 family: specific members, specific functions?". Biol. Chem. 389 (4): 333–43. DOI:10.1515/BC.2008.037. PMID 18208346.
  27. Khochbin S (June 2001). "Histone H1 diversity: bridging regulatory signals to linker histone function". Gene 271 (1): 1–12. DOI:10.1016/S0378-1119(01)00495-4. PMID 11410360.
  28. Godde JS, Ura K (March 2008). "Cracking the enigmatic linker histone code". J. Biochem. 143 (3): 287–93. DOI:10.1093/jb/mvn013. PMID 18234717.
  29. Happel N, Doenecke D (February 2009). "Histone H1 and its isoforms: contribution to chromatin structure and function". Gene 431 (1–2): 1–12. DOI:10.1016/j.gene.2008.11.003. PMID 19059319.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]