Гистон H2B
Гистон H2B — один из 5 основных гистонов белков- участвующих в структуре хроматина эукариотических , клеток. Обладая основным глобулярным доменом и длинными N-концевыми и C-концевыми хвостами, H2B участвует в структуре нуклеосом . [1]
Структура
[ редактировать ]
Гистон H2B представляет собой легкий структурный белок, состоящий из 126 аминокислот . [2] Многие из этих аминокислот имеют положительный заряд при клеточном pH , что позволяет им взаимодействовать с отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК . [3] Помимо центрального глобулярного домена гистон H2B имеет два [ нужна проверка ] гибкие хвосты гистонов, выходящие наружу – один на N-конце и один на С-конце. Они активно участвуют в конденсации хроматина из конформации «бусинки на нитке» в 30-нм волокно. [3] Подобно другим гистоновым белкам , гистон H2B имеет отчетливую гистоновую складку , которая оптимизирована для взаимодействия гистонов с гистонами, а также для взаимодействия гистонов с ДНК. [1]
Две копии гистона H2B объединяются с двумя копиями гистона H2A , гистона H3 и гистона H4 , образуя октамерное ядро нуклеосомы. [2] придать структуру ДНК . [3] Чтобы облегчить это образование, гистон H2B сначала связывается с гистоном H2A, образуя гетеродимер. [2] Два из этих гетеродимеров затем связываются вместе с гетеротетрамером, состоящим из гистонов H3 и H4 , придавая нуклеосоме характерную форму диска. [3] Затем ДНК оборачивается вокруг всей нуклеосомы группами примерно по 160 пар оснований ДНК . [1] Обертывание продолжается до тех пор, пока весь хроматин не будет упакован вместе с нуклеосомами. [4]
Функция
[ редактировать ]
Гистон H2B — структурный белок , который помогает организовывать ДНК эукариот . [5] Он играет важную роль в биологии ядра , где участвует в упаковке и поддержании хромосом . [5] регуляция транскрипции , репликации и репарации ДНК. [2] Гистон H2B помогает регулировать структуру и функцию хроматина посредством посттрансляционных модификаций и специализированных вариантов гистонов. [4]
Ацетилирование и убиквитинирование являются примерами двух посттрансляционных модификаций, которые определенным образом влияют на функцию гистона H2B. Гиперацетилирование хвостов гистонов помогает ДНК-связывающим белкам получить доступ к хроматину за счет ослабления взаимодействий гистона с ДНК и нуклеосомы-нуклеосомы. [6] Кроме того, ацетилирование специфического остатка лизина связывается с бромсодержащими доменами определенных , регулирующих транскрипцию и хроматин белков . Эта стыковка облегчает рекрутирование этих белков в правильный участок хромосомы . Убиквитинированный гистон H2B часто обнаруживается в регионах активной транскрипции. [6] Посредством облегчения ремоделирования хроматина он стимулирует элонгацию транскрипции и создает основу для дальнейших модификаций, которые регулируют множество элементов транскрипции. [6] В частности, убиквитин на гистоне H2B открывает и разворачивает области хроматина, обеспечивая доступ транскрипционному аппарату к промотору и кодирующим областям ДНК . [7]
Хотя лишь несколько изоформ гистона H2B были глубоко изучены, исследователи обнаружили, что варианты гистона H2B играют важную роль. Если определенные варианты перестанут функционировать, центромеры будут формироваться неправильно, целостность генома будет потеряна, а реакция на повреждение ДНК заглушится. [4] В частности, у некоторых низших эукариот вариант гистона H2B связывается с вариантом гистона H2A , называемым H2AZ, локализуется в активных генах и поддерживает транскрипцию в этих регионах. У мышей вариант под названием H2BE помогает контролировать экспрессию обонятельных генов . Это подтверждает идею о том, что изоформы гистона H2B могут выполнять специализированные функции в разных тканях. [4]
Реакция на повреждение ДНК
[ редактировать ]Убиквитинирование гистона H2B в ответ на повреждение ДНК важно для своевременной инициации репарации ДНК . [8] Убикитиназа RNF20 /RNF40 специфически модифицирует гистон H2B в положении K 120, и эта модификация необходима для рекрутирования в поврежденную ДНК факторов, необходимых для репарации по путям гомологичной рекомбинации и негомологичного соединения концов . [8]
Изоформы
[ редактировать ]У человека обнаружено шестнадцать вариантов гистона H2B, тринадцать из которых экспрессируются в обычных клетках тела, а три из них экспрессируются только в семенниках. Эти варианты, также называемые изоформами , представляют собой белки, которые структурно очень похожи на обычный гистон H2B, но имеют некоторые специфические вариации в своей аминокислотной последовательности. [4] Все варианты гистона H2B содержат одинаковое количество аминокислот , а вариации последовательности немногочисленны. только две-пять аминокислот Изменяются , но даже эти небольшие различия могут изменить структуру изоформы более высокого уровня. [4]
Изоформы гистона H2B по-разному взаимодействуют с другими белками , обнаруживаются в определенных областях хроматина , имеют разные типы и количество посттрансляционных модификаций и более или менее стабильны, чем обычный гистон H2B. Все эти различия накапливаются и приводят к тому, что изоформы обладают уникальными функциями и даже функционируют по-разному в разных тканях . [4]
Многие изоформы гистона H2B экспрессируются независимо от репликации ДНК . Они производятся на одном и том же уровне на всех этапах клеточного цикла . Обычный гистон H2B добавляется к нуклеосомам только во время S-фазы клеточного цикла когда ДНК реплицируется , ; гистона H2B Изоформы могут быть добавлены к нуклеосомам в другие моменты клеточного цикла . [4] Гистоновые варианты H2B можно изучить с помощью базы данных «HistoneDB with Variants».
Посттрансляционные модификации
[ редактировать ]Гистон H2B модифицируется комбинацией нескольких типов посттрансляционных модификаций. [1] Эти модификации влияют на структурную и функциональную организацию хроматина . [9] и большинство из них находятся за пределами глобулярного домена нуклеосомы , где аминокислотные остатки более доступны. [7] Возможные модификации включают ацетилирование, метилирование, фосфорилирование, убиквитинирование и сумойлирование. [9] Ацетилирование, фосфорилирование и убиквитинирование являются наиболее распространенными и наиболее изученными модификациями гистона H2B.
Ацетилирование
[ редактировать ]Белки-гистоны H2B, обнаруженные как в промоторных , так и в кодирующих областях генов, содержат специфические закономерности гиперацетилирования и гипоацетилирования по определенным остаткам лизина , обнаруженным в N-концевом хвосте. [9] Ацетилирование зависит от специфических гистонов ацетилтрансфераз , которые воздействуют на промоторы генов во время активации транскрипции . [1] Добавление ацетильной группы к остаткам лизина в одном из нескольких положений аминокислотного хвоста способствует активации транскрипции . [3] Фактически, ученые считают ацетилирование N-концевых хвостов гистона H2B, таких как H2BK5ac , чрезвычайно важной частью регуляции генов транскрипции . [9]
O -GlcNAцилирование
[ редактировать ]модификация H2B S112 с помощью O -GlcNAc облегчает моноубиквитинирование K112, которое, в свою очередь, связано с транскрипционно активированными областями. Считается, что [10]
фосфорилирование
[ редактировать ]В гистоне H2B фосфорилированный остаток серина или треонина активирует транскрипцию . [3] Когда клетка испытывает метаболический стресс, АМФ-активируемая протеинкиназа фосфорилирует лизин в положении 36 гистона H2B промотора и кодирующих областей ДНК , что помогает регулировать элонгацию транскрипции . [2] Если клетки получают множественные апоптотические стимулы, каспаза-3 активирует киназу Mst1, которая фосфорилирует серин в положении 14 во всех белках гистона H2B, что помогает облегчить конденсацию хроматина . Повреждение ДНК может очень быстро вызвать такую же реакцию в более локализованном масштабе, что способствует восстановлению ДНК . [2]
Убиквитинирование
[ редактировать ]Остатки убиквитина обычно добавляются к лизину в положении 120 гистона H2B. Убиквитинирование этого лизина остатка активирует транскрипцию . [3] В последние годы ученые обнаружили и другие места убиквитинирования, но в настоящее время они недостаточно изучены и поняты. [4] Убиквитин-конъюгирующие ферменты и убиквитинлигазы регулируют убиквитинирование гистона H2B. Эти ферменты используют котранскрипцию для конъюгации убиквитина с гистоном H2B. Уровень убиквитинирования гистона H2B варьируется на протяжении клеточного цикла . Все фрагменты убиквитина удаляются из гистона H2B во время метафазы и повторно конъюгируются во время анафазы . [7]
Генетика
[ редактировать ]последовательность гистона H2B Аминокислотная высоко эволюционно консервативна. Даже отдаленно родственные виды имеют чрезвычайно схожие белки-гистоны H2B. [3] Семейство гистонов H2B включает 214 представителей самых разных видов. У человека гистон H2B кодируется двадцатью тремя различными генами . [11] ни один из которых не содержит интронов . [2] Все эти гены расположены в гистонов кластере 1 на хромосоме 6 , а также в кластере 2 и кластере 3 на хромосоме 1 . В каждом генов кластере гены гистона H2B имеют общую промоторную область с последовательностями, кодирующими гистон H2A . Хотя все гены в кластере гистонов транскрибируются на высоком уровне во время S-фазы , отдельные гены гистона H2B также экспрессируются и в другие периоды клеточного цикла . Они регулируются двойным образом с помощью последовательностей промотора кластера и их специфических промоторных последовательностей. [4]
См. также
[ редактировать ]- Гистоновый код
- Нуклеосома
- хроматин
- Другие белки-гистоны:
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Бхасин М., Рейнхерц Э.Л., Рече П.А. (2006). «Распознавание и классификация гистонов с использованием машины опорных векторов» (PDF) . Журнал вычислительной биологии . 13 (1): 102–12. дои : 10.1089/cmb.2006.13.102 . ПМИД 16472024 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Реннинген Т., Шах А., Ольденбург А.Р., Вектореуд К., Дельбарр Э., Москауг Дж., Коллас П. (декабрь 2015 г.). «Предварительное паттернирование доменов хроматина, связанных с ядерным ламином A/C, с помощью GlcNAцилированного гистона H2B» . Геномные исследования . 25 (12): 1825–35. дои : 10.1101/гр.193748.115 . ПМК 4665004 . ПМИД 26359231 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Лодиш Х.Ф., Берк А., Кайзер С., Кригер М., Бретшер А., Плух Х.Л., Амон А., Скотт М.П. (2013). Молекулярно-клеточная биология (Седьмое изд.). Нью-Йорк: Фриман. стр. 258–328. ISBN 978-1-4292-3413-9 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Молден Р.К., Бхану Н.В., Лерой Дж., Арнаудо А.М., Гарсия Б.А. (2015). «Многогранный количественный протеомный анализ изоформ гистонов H2B и их модификаций» . Эпигенетика и хроматин . 8 (15): 15. дои : 10.1186/s13072-015-0006-8 . ПМЦ 4411797 . ПМИД 25922622 .
- ^ Jump up to: а б Ву Дж, Му С, Го М, Чен Т, Чжан З, Ли З, Ли Ю, Кан Икс (январь 2016 г.). «Клонирование гена гистона H2B с учетом его функции во время формирования ядра у китайского краба-рукавицы Eriocheir sinensis». Джин . 575 (2 ч. 1): 276–84. дои : 10.1016/j.gene.2015.09.005 . ПМИД 26343795 .
- ^ Jump up to: а б с «Мышиное mAb к гистону H2B (53H3) #2934» . Технология сотовой сигнализации . Проверено 24 ноября 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с Осли Массачусетс (сентябрь 2006 г.). «Регуляция убиквитилирования гистонов H2A и H2B» . Брифинги по функциональной геномике и протеомике . 5 (3): 179–89. дои : 10.1093/bfgp/ell022 . ПМИД 16772277 .
- ^ Jump up to: а б Укельманн М, Сиксма ТК. Убиквитинирование гистонов в ответ на повреждение ДНК. Восстановление ДНК (Амст). август 2017 г.;56:92-101. doi: 10.1016/j.dnarep.2017.06.011. Epub, 9 июня 2017 г. PMID 28624371
- ^ Jump up to: а б с д Голебовский Ф., Каспржак К.С. (ноябрь 2005 г.). «Ингибирование ацетилирования основных гистонов канцерогенным никелем (II)» . Молекулярная и клеточная биохимия . 279 (1–2): 133–9. дои : 10.1007/s11010-005-8285-1 . ПМИД 16283522 . S2CID 25071586 .
- ^ Р, Фуджики; В, Хашиба; Х, Секин; А, Ёкояма; Т, Чиканиши; С, Ито; Ю, Имаи; Дж, Ким; Хе, он (27 ноября 2011 г.). «GlcNAcylation гистона H2B облегчает его моноубиквитинирование» . Природа . 480 (7378): 557–60. Бибкод : 2011Natur.480..557F . дои : 10.1038/nature10656 . ПМЦ 7289526 . ПМИД 22121020 .
- ^ Харе С.П., Хабиб Ф., Шарма Р., Гадевал Н., Гупта С., Галанде С. «Гистон H2B» . HIstome: Реляционная база знаний о человеческих белках и ферментах, модифицирующих гистоны . Исследования нуклеиновых кислот. Архивировано из оригинала 16 октября 2016 года . Проверено 24 ноября 2015 г.