Histoni ir šūnu kodolu sastāvdaļa. To klātbūtne ir atšķirīga iezīme starp vienšūnu organismiem (baktērijas) un daudzšūnu organismi (cilvēki, dzīvnieki vai augi). Tikai ļoti dažiem baktēriju celmiem piemīt proteīni kas ir līdzīgi histoniem. Evolution ir radījis histonus, lai labāk un efektīvāk uzņemtu ļoti garo DNS ķēdi, ko sauc arī par ģenētisko materiālu, augstāko organismu šūnās. Tas ir tāpēc, ka, ja cilvēka genoms būtu savainots, tas kopumā būtu apmēram 1-2 m garš, atkarībā no tā, kurā šūnas stadijā ir šūna.
Kas ir histoni?
Augsti attīstītos organismos histoni ir sastopami šūnu kodolos, un tajos ir daudz pozitīvi lādētu aminoskābes (galvenokārt lizīna un arginīns). Histons proteīni ir sadalīti piecās galvenajās grupās - H1, H2A, H2B, H3 un H4. Starp dažādiem organismiem četru H2A, H2B, H3 un H4 grupu aminoskābju sekvences maz atšķiras, savukārt H1 - saistošajam histonam - ir vairāk atšķirību. Kodolā sarkanā krāsā asinis putnu šūnas, H1 pat pilnībā aizstāj ar citu galveno histonu grupu, ko sauc par H5. Augstā secības līdzības pakāpe lielākajā daļā histonu proteīni nozīmē, ka vairumā organismu DNS “iesaiņošana” notiek vienādi, un iegūtā trīsdimensiju struktūra ir vienlīdz efektīva histona darbībai. Tādējādi evolūcijas gaitā histonu attīstībai ir jābūt notikušai ļoti agri un šādā veidā jāsaglabā pat pirms zīdītāju vai cilvēku attīstības.
Anatomija un struktūra
Reiz jauna indivīda DNS ķēde bāzes (ko sauc par nukleotīdiem) veidojas šūnā, tam jābūt “iesaiņotam”. Lai to izdarītu, histona proteīni dimerizējas, un katrs no tiem veido divus tetramerus. Visbeidzot, histona kodols sastāv no diviem tetrameriem, histona oktamēra, ap kuru DNS virkne ietinās un daļēji iekļūst. Tādējādi histona oktamērs atrodas trīsdimensiju struktūrā saritinātā DNS virknē. Astoņi histona proteīni ar DNS ap tiem veido nukleosomas kopējo kompleksu. DNS reģionu starp divām nukleosomām sauc par saites DNS, un tas satur apmēram 20-80 nukleotīdus. Saistošā DNS ir atbildīga par DNS “iekļūšanu” un “izeju” histona oktamerā. Tādējādi nukleosoma sastāv no aptuveni 146 nukleotīdiem, saistošās DNS daļas un astoņiem histona proteīniem tā, ka 146 nukleotīdi 1.65 reizes aptinās ap histona oktameru. Turklāt katra nukleosoma ir saistīta ar H1 molekulu, tāpēc DNS ieejas un izejas vietas notur savienojošais histons, palielinot DNS kompaktumu. Nukleosomas diametrs ir apmēram 10-30 nm. Veidojas daudzas nukleosomas hromatīns, gara DNS-histona ķēde, kas izskatās kā krelles virkne zem elektronu mikroskopa. Nukleosomas ir “krelles”, kuras ieskauj vai savieno virknei līdzīga DNS. Diezgan daudz olbaltumvielu, kas nav histoni, atbalsta atsevišķu nukleosomu vai visa veidošanos hromatīns, kas beidzot veido indivīdu hromosomas kad šūna jāsadala. Hromosomas ir maksimālais kondensāta veids hromatīns un ir redzami ar gaismas mikroskopiju šūnas kodola dalīšanās laikā.
Funkcija un uzdevumi
Kā minēts iepriekš, histoni ir pamata olbaltumvielas ar pozitīvu lādiņu, tāpēc ar elektrostatisko pievilcību tie mijiedarbojas ar negatīvi lādētu DNS. DNS “aptina” histona oktamerus tā, ka DNS kļūst kompaktāks un iekļaujas katras šūnas kodolā. Šajā procesā H1 pilda hromatīna struktūras saspiešanas funkciju un parasti novērš transkripciju un tādējādi translāciju, ti, šīs DNS daļas translāciju olbaltumvielās caur mRNS. Atkarībā no tā, vai šūna “atpūšas” (starpfāzes) vai dalās, hromatīns ir mazāk vai vairāk kondensēts, ti, iesaiņots. Starpfāzēs lielas hromatīna daļas ir mazāk kondensētas, un tāpēc tās var pārrakstīt mRNS, ti, lasīt un vēlāk pārveidot olbaltumvielās. Tādējādi histoni regulē gēns atsevišķu gēnu aktivitāte to tuvumā un ļauj transkripcijai un veido mRNS virknes. Kad šūna nonāk šūnu dalījumā, DNS netiek pārveidota par olbaltumvielām, bet tiek vienmērīgi sadalīta starp abām izveidotajām meitas šūnām. Tāpēc hromatīns ir ļoti kondensēts un papildus stabilizēts ar histoniem hromosomas kļūst redzami un ar daudzu citu olbaltumvielu, kas nav histoni, palīdzību var izplatīties jaunizveidotajās šūnās.
Slimības
Histoniem ir būtiska loma jaunas dzīvas būtnes veidošanā. Ja histona gēnu mutāciju dēļ nevar izveidot vienu vai vairākus histona proteīnus, šis organisms nav dzīvotspējīgs un turpmāka attīstība tiek pārtraukta priekšlaicīgi. Tas galvenokārt ir saistīts ar histonu augstu secības saglabāšanu. Tomēr jau kādu laiku ir zināms, ka bērniem un pieaugušajiem ar dažādiem ļaundabīgiem audzējiem smadzenes audzēji, mutācijas var rasties dažādos audzēja šūnu histona gēnos. Īpaši tā sauktajā gliomas, aprakstītas histona gēnu mutācijas. Šajos audzējos ir atklāti arī iegareni hromosomu gala gabali. Šie, saukti telomeres, hromosomu gala sekcijas parasti ir atbildīgas par hromosomu ilgmūžību. Šajā kontekstā šķiet, ka iegarena telomeres audzējos ar histona mutācijām dod šīm deģenerētajām šūnām izdzīvošanas priekšrocības. Tikmēr cita veida vēzis ir zināmas dažādu histona gēnu mutācijas, un tādējādi tie ražo mutētus histona proteīnus, kas nepilda savus regulējošos uzdevumus vai veic tikai slikti. Šie atklājumi pašlaik tiek izmantoti, lai izstrādātu terapija īpaši ļaundabīgiem un agresīviem audzējiem.
