Гистон H2B - Histone H2B

Гистон H2B один из 4 основных гистон белки участвует в структуре хроматин в эукариотический клетки. Имея основной глобальный домен и длинный N-концевой и C-терминал хвостов H2B участвует в структуре нуклеосомы.[1]

Структура

Хвосты гистонов и их функция в образовании хроматина

Гистон H2B - легкий структурный белок, состоящий из 126 аминокислоты.[2] Многие из этих аминокислоты иметь положительный заряд в сотовой сети pH, что позволяет им взаимодействовать с отрицательно заряженными фосфатными группами в ДНК.[3] Наряду с центральным глобулярным доменом гистон H2B имеет два[требуется проверка ] гибкие гистоновые хвосты, которые выходят наружу - один на N-конце и один на C-конце. Они активно участвуют в конденсации хроматин от конформации «бусинки на нитке» до волокна с длиной волны 30 нм.[3] Подобно другим гистон белки, гистон H2B имеет отчетливую гистоновая складка который оптимизирован для взаимодействий гистон-гистон, а также гистон-ДНК.[1]

Две копии гистона H2B объединяются с двумя копиями каждой из гистон H2A, гистон H3, и гистон H4 чтобы сформировать октамерное ядро ​​нуклеосомы[2] дать структуру ДНК.[3] Чтобы облегчить это образование, гистон H2B сначала связывается с гистон H2A с образованием гетеродимера.[2] Два из этих гетеродимеров затем связываются вместе с гетеротетрамером, состоящим из гистон H3 и гистон H4, давая нуклеосома его характерная форма диска.[3] ДНК затем оборачивается вокруг всей нуклеосомы группами примерно из 160 пар оснований ДНК.[1] Обертывание продолжается до тех пор, пока все хроматин был упакован с нуклеосомами.[4]

Функция

Основные единицы структуры хроматина

Гистон H2B - структурный белок что помогает организовать эукариотические ДНК.[5] Он играет важную роль в биологии ядро где он участвует в упаковке и обслуживании хромосомы,[5] регулирование транскрипция, и репликация и ремонт ДНК.[2] Гистон H2B помогает регулировать хроматин структура и функция посредством посттрансляционных модификаций и специализированных вариантов гистонов.[4]

Ацетилирование и убиквитинирование являются примерами двух посттрансляционных модификаций, которые влияют на функцию гистона H2B определенным образом. Гиперацетилирование гистоновых хвостов помогает ДНК-связывающие белки доступ хроматин за счет ослабления гистон-ДНК и нуклеосомно-нуклеосомных взаимодействий.[6] Кроме того, ацетилирование определенного лизин остаток связывается с бромсодержащими доменами некоторых транскрипция и регуляторный хроматин белки. Такая стыковка способствует привлечению этих белков в нужную область хромосома. Убиквитинированный гистон H2B часто обнаруживается в областях активной транскрипции.[6] Благодаря содействию ремоделирование хроматина, это стимулирует транскрипционное удлинение и закладывает основу для дальнейших модификаций, регулирующих несколько элементов транскрипции.[6] В частности, убиквитин на гистоне H2B открывает и разворачивает области хроматин позволяя транскрипция доступ машин к промоутер и кодирующие области ДНК.[7]

Пока всего несколько изоформы гистона H2B были глубоко изучены, исследователи обнаружили, что варианты гистона H2B играют важную роль. Если определенные варианты перестают функционировать, центромеры не будут формироваться правильно, целостность генома будет потеряна, а реакция на повреждение ДНК будет подавлена.[4] В частности, в некоторых нижних эукариоты, вариант гистона H2B связывается с гистон H2A вариант, называемый H2AZ, локализуется в активном гены, и поддерживает транскрипция в тех регионах. У мышей вариант, называемый H2BE, помогает контролировать экспрессию обонятельных гены. Это подтверждает идею о том, что изоформы гистона H2B может иметь специализированные функции в разных тканях.[4]

Изоформы

У человека обнаружено шестнадцать вариантов гистона H2B, тринадцать из которых выразил в обычных клетках тела, три из которых экспрессируются только в семенниках. Эти варианты, также называемые изоформы, являются белками, которые структурно очень похожи на обычный гистон H2B, но имеют некоторые специфические вариации в их аминокислота последовательность.[4] Все варианты гистона H2B содержат одинаковое количество аминокислоты, а вариаций в последовательности немного. Только от двух до пяти аминокислоты изменены, но даже эти небольшие различия могут изменить изоформы, структура более высокого уровня.[4]

Изоформы гистона H2B по-разному взаимодействуют с другими белки, находятся в определенных регионах хроматин, имеют разные типы и количество посттрансляционных модификаций и более или менее стабильны, чем обычный гистон H2B. Все эти различия накапливаются и вызывают изоформы иметь уникальные функции и даже функционировать по-разному в разных ткани.[4]

Многие гистоны H2B изоформы выражаются в Репликация ДНК независимый образ. Они производятся на одном уровне на всех этапах клеточный цикл. Обычный гистон H2B добавляется только к нуклеосомы в течение S-фаза из клеточный цикл когда ДНК является воспроизведен; гистон H2B изоформы можно добавить к нуклеосомы в другое время во время клеточный цикл.[4] Гистоновые варианты H2B можно исследовать с помощью База данных "HistoneDB with Variants".

Посттрансляционные модификации

Гистон H2B модифицируется комбинацией нескольких типов посттрансляционных модификаций.[1] Эти модификации влияют на структурную и функциональную организацию хроматин,[8] и большинство из них находится за пределами глобулярной области нуклеосома где аминокислота остатки более доступны.[7] Возможные модификации включают ацетилирование, метилирование, фосфорилирование, убиквитинирование и сумоилирование.[8] Ацетилирование, фосфорилирование и убиквитинирование являются наиболее распространенными и наиболее изученными модификациями гистона H2B.

Ацетилирование

Белки гистонов H2B обнаружены как в промоутер и кодирующие области гены содержат специфические паттерны гиперацетилирования и гипоацетилирования на определенных лизин остатки, обнаруженные в N-конце хвоста.[8] Ацетилирование зависит от гистон ацетилтрансферазы которые работают в гене промоутеры в течение транскрипционный активация.[1] Добавление ацетильной группы к лизин остатки в одной из нескольких позиций в аминокислота хвост способствует активации транскрипция.[3] Фактически, ученые считают, что ацетилирование N-концевых хвостов гистона H2B, таких как H2BK5ac, чтобы быть чрезвычайно важной частью регулирования ген транскрипция.[8]

О-GlcNAцилирование

Модификация H2B S112 с О-GlcNAc как полагают, способствует моноубиквитинированию K112, которое, в свою очередь, связано с транскрипционно активированными областями.[9]

Фосфорилирование

В гистоне H2B фосфорилированный серин или треонин остаток активирует транскрипция.[3] Когда клетка испытывает метаболический стресс, АМФ-активированная протеинкиназа фосфорилирует лизин в положении 36 гистона H2B промоутер и кодирующие области на ДНК, который помогает регулировать транскрипционное удлинение.[2] Если клетки получают несколько апоптотический стимулов, каспаза-3 активирует киназу Mst1, которая фосфорилирует серин в положении 14 во всех белках гистонов H2B, что помогает облегчить конденсация хроматина. Повреждение ДНК может очень быстро вызвать тот же ответ в более локализованном масштабе, чтобы облегчить Ремонт ДНК.[2]

Убиквитинирование

Остатки убиквитина обычно добавляют к лизин в позиции 120 на гистоне H2B. Убиквитинируя это лизин остаток активирует транскрипция.[3] В последние годы ученые обнаружили другие сайты убиквитинирования, но в настоящее время они недостаточно изучены или поняты.[4] Убиквитин-конъюгирование ферменты и убиквитин лигазы регулируют убиквитинирование гистона H2B. Эти ферменты используют ко-транскрипцию для конъюгирования убиквитина с гистоном H2B. Уровень убиквитинирования гистона H2B варьируется в зависимости от клеточный цикл. Весь убиквитин части удаляются из гистона H2B во время метафаза и повторно конъюгированы во время анафаза.[7]

Генетика

Гистон H2B’s аминокислота последовательность высоко эволюционно консервативна. Даже у отдаленных видов есть чрезвычайно похожие белки гистонов H2B.[3] Семейство гистонов H2B состоит из 214 членов от многих различных и разнообразных видов. У человека гистон H2B кодируется двадцатью тремя различными гены,[10] ни один из которых не содержит интроны.[2] Все из этого гены расположены в гистон кластер 1 на хромосома 6 и кластер 2 и кластер 3 на хромосома 1. В каждом ген кластера гены гистона H2B разделяют промоутер область с последовательностями, которые кодируют для гистон H2A. Пока все гены в гистон кластер транскрибируются на высоких уровнях во время S-фаза, отдельные гены гистона H2B также выразил в другое время во время клеточный цикл. Они дважды регулируются кластером промоутер последовательности и их специфические промоутер последовательности.[4]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d е Бхасин М, Рейнхерц Э.Л., Реч ПА (2006). «Распознавание и классификация гистонов с помощью машины опорных векторов» (PDF). Журнал вычислительной биологии. 13 (1): 102–12. Дои:10.1089 / cmb.2006.13.102. PMID  16472024.
  2. ^ а б c d е ж г Рённинген Т., Шах А., Ольденбург А.Р., Вектеруд К., Дельбарре Э., Москауг Йо, Коллас П. (декабрь 2015 г.). «Формирование паттерна обусловленных дифференцировкой ядерных ламинных A / C-ассоциированных доменов хроматина с помощью GlcNA-цилированного гистона H2B». Геномные исследования. 25 (12): 1825–35. Дои:10.1101 / гр.193748.115. ЧВК  4665004. PMID  26359231.
  3. ^ а б c d е ж г час Лодиш Х.Ф., Берк А., Кайзер С., Кригер М., Бретчер А., Плоег Х.Л., Амон А., Скотт М.П. (2013). Молекулярная клеточная биология (Седьмое изд.). Нью-Йорк: Фриман. С. 258–328. ISBN  978-1-4292-3413-9.
  4. ^ а б c d е ж г час я j Молден Р.К., Бхану Н.В., Лерой Г., Арнаудо А.М., Гарсия Б.А. (2015). «Многогранный количественный протеомный анализ изоформ гистона H2B и их модификаций». Эпигенетика и хроматин. 8 (15): 15. Дои:10.1186 / s13072-015-0006-8. ЧВК  4411797. PMID  25922622.
  5. ^ а б Wu J, Mu S, Guo M, Chen T, Zhang Z, Li Z, Li Y, Kang X (январь 2016 г.). «Клонирование гена гистона H2B с учетом его функции во время формирования ядра у китайского краба-рукавицы Eriocheir sinensis». Ген. 575 (2 Pt 1): 276–84. Дои:10.1016 / j.gene.2015.09.005. PMID  26343795.
  6. ^ а б c «Гистон H2B (53H3) mAb # 2934 мыши». Технология сотовой сигнализации. Получено 24 ноября 2015.
  7. ^ а б c Osley MA (сентябрь 2006 г.). «Регуляция убиквитилирования гистонов H2A и H2B». Брифинги по функциональной геномике и протеомике. 5 (3): 179–89. Дои:10.1093 / bfgp / ell022. PMID  16772277.
  8. ^ а б c d Golebiowski F, Kasprzak KS (ноябрь 2005 г.). «Ингибирование ацетилирования ядер гистонов канцерогенным никелем (II)». Молекулярная и клеточная биохимия. 279 (1–2): 133–9. Дои:10.1007 / s11010-005-8285-1. PMID  16283522. S2CID  25071586.
  9. ^ R - Fujiki; W, Хашиба; H, Sekine; А, Ёкояма; Т, Чиканиши; S, Ито; Y, Имаи; J, Ким; Хх, Он (27.11.2011). «GlcNAcylation гистона H2B способствует его моноубиквитинизации». Природа. 480 (7378): 557–60. Bibcode:2011Натура.480..557F. Дои:10.1038 / природа10656. ЧВК  7289526. PMID  22121020.
  10. ^ Кхаре С.П., Хабиб Ф., Шарма Р., Гадевал Н., Гупта С., Галанде С. «Гистон H2B». HIstome: база знаний о человеческих белках и ферментах, модифицирующих гистоны. Исследования нуклеиновых кислот. Архивировано из оригинал 16 октября 2016 г.. Получено 24 ноября 2015.