ماهي الهستونات ووظائفها

ما هي الهستونات

الهيستونات هي عائلة من البروتينات الأساسية التي ترتبط بالحمض النووي في النواة وتساعد على تكثيفه في الكروماتين ، وهي بروتينات قلوية أي أن الأس الهيدروجيني هو الأساسي ، وتسمح لها الشحنات الإيجابية بالارتباط بالحمض النووي ، وتوجد داخل نواة الخلايا حقيقية النواة ، ويتم تجميع الحمض النووي والهستونات معًا ليكونا النيوكليوسوم ، وتشكل النيوكليوسوم حزمة تسمى الكروماتين ، ويشكل كروماتينان كروموسومًا.[1]

وظائف الهستونات

• 
  وظائف الهيستون الأساسية هي خيوط الحمض النووي المدمجة وتأثير تنظيم الكروماتين.
  
• 
  بدون الهستونات ، سيكون الحمض النووي غير الملتحم في الكروموسومات طويلًا جدًا.
  
• 
  على سبيل المثال ، تحتوي كل خلية بشرية على حوالي 1.8 متر من الحمض النووي ، ولكن الجرح على الهستونات يحتوي على حوالي 90 ملم من الكروماتين ، والذي ينتج عنه ، عند تكراره وتكثيفه أثناء الانقسام ، حوالي 120 ميكرومترًا من الكروموسومات.
  
• 
  نظرًا لأن الحمض النووي يلتف حول الهيستونات ، فإنها تلعب أيضًا دورًا مهمًا في تنظيم الكروماتين وفي تنظيم التعبير الجيني.
  
• 
  تعديل هيستون هو تعديل ما بعد متعدية (PTM) لبروتينات هيستون التي تشمل مثيلة ، فسفرة ، أستلة ، انتشار واسع ، و SUMOylation.
  
• 
  تشير الميثيل إلى إضافة مجموعة ميثيل على ركيزة ، أو استبدال ذرة أو مجموعة بمجموعة ميثيل.
  
• 
  الفسفرة هي إضافة مجموعة فوسفات إلى جزيء.
  
• 
  يصف الأسيتيل تفاعلًا يُدخل مجموعة وظيفية من الأسيتيل في مركب كيميائي.
  
• 
  تسمى إضافة اليوبيكويتين إلى بروتين الركيزة التواجد في كل مكان.
  
• 
  SUMOylation هو تعديل لاحق للترجمة يشارك في عمليات خلوية مختلفة ، مثل النقل الخلوي النووي ، وتنظيم النسخ ، وموت الخلايا المبرمج ، واستقرار البروتين ، والاستجابة للإجهاد ، والتقدم خلال دورة الخلية.
  
• 
  يمكن أن تؤثر PTMs المصنوعة للهيستونات على التعبير الجيني عن طريق تغيير بنية الكروماتين أو توظيف معدِّلات هيستون.
  
• 
  تعمل بروتينات هيستون على تجميع الحمض النووي ، الذي يلتف حول الهستونات الثمانية ، في الكروموسومات.
  
• 
  توفر Creative Diagnostics بروتينات وأجسام مضادة ومجموعات إليسا ذات جودة عالية تتعلق بالهيستونات.
  
• 
  تتم هذه التعديلات من خلال العديد من عوامل النسخ الأخرى ، مثل HATs و Sirtuins و HDM و HDAC و HMTs، يمكنهم إما تنشيط أو إسكات الجين المقابل.
  

أنواع الهستونات

• 
  هناك خمس عائلات من الهيستونات (H1 إلى H5 ، (H2A و H2B و H3 و H4 هي الهستونات الأساسية ، و H1 و H5 هما هستونات الرابط.
  
• 
  تشكل الهستونات الأساسية مركز النواة ، ومن هنا جاء مصطلح اللب ، وتم العثور على الهستونات الوصلة عند مدخل ومخرج النيوكليوسوم وقفل الحمض النووي في مكانه ، ومن هنا جاء مصطلح الرابط.
  
• 
  سوف يلتف خيط من الحمض النووي حول الهستونات الأساسية 1.65 مرة.
  
• 
  تسمح التفاعلات بين النيوكليوسومات بتكوين هياكل أعلى رتبة.
  
• 
  يمكن لهذه الهياكل ذات الترتيب الأعلى تكثيف الكروماتين إلى النقطة التي تتشكل فيها الكروموسومات.
  
• 
  توجد الكروموسومات في النواة وتحتوي على الجينات.
  
• 
  الشكل المألوف للكروموسوم هو شكل X.
  
• 
  إن الهستونات هي التي تجعل هذا الهيكل المألوف ممكنًا.
  

هيكل نووي محدد

• 
  الهستونات تشكيل dimers و tetramers  ، تحتوي Dimers على اثنين من هستونات ، ورباعية لها أربعة هيستون.
  
• 
  يحتوي كل نيوكليوسوم على اثنين من ثنائيات متطابقة ، يتكون كل منهما من H2A واحد وهيستون H2B ، وهذا ما يسمى باهتة H2A-H2B.
  
• 
  يحتوي كل نيوكليوسوم أيضًا على رباعي واحد يتكون من اثنين من هيستون H3 واثنين من هستونات H4 ، ثم يسمى هذا رباعي H3-H4 .
  
• 
  تشكل الهيستونات الفردية والحمض النووي جسيمًا نوويًا.[2]
  

ما هو الكروماتين

الكروماتين هو مركب من الحمض النووي والبروتينات التي تشكل الكروموسومات داخل نواة الخلايا حقيقة النواة ، ولا يظهر الحمض النووي في السلاسل الخطية الحرة ، فهو مكثف للغاية وملفوف حول البروتينات النووية حتى يتناسب مع النواة ،

الكروماتين

موجود في شكلين ، الشكل الأول يسمى euchromatin ويكون أقل تكثيفًا ويمكن نسخه ، والشكل الثاني المسمى heterochromatin وهو مكثف جداً وعادة لا يتم نسخه.

تحت المجهر يشبه الكروماتين حبات على خيط ، وتسمى الحبيبات النيوكليوسومات ، ويتكون كل نيوكليوسوم من دنا ملفوف حول ثمانية بروتينات تسمى الهستونات ، ثم يتم لف النيوكليوسومات في دوامة 30 نانومتر تسمى الملف اللولبي ، حيث تدعم بروتينات الهيستون الإضافية بنية الكروماتين ، وأثناء الانقسام الخلوي ، تظهر بنية الكروماتين والكروموسومات تحت المجهر الضوئي ، وتتغير في الشكل مع تكرار الحمض النووي وفصله إلى خليتين.[3]

ما هي النيوكليوسومات

النيوكليوسوم هو الوحدة الأساسية لتعبئة الحمض النووي ، وهو يتألف من جزء من دنا ملفوف حول ثماني لب من 8 بروتينات هيستون ، اثنان من كل من الهستونات الأساسية ، تبرز ذيول بروتينات الهيستون هذه ، حيث يمكن تعديلها عن طريق عدد من أنواع مختلفة من هيستون أسيتيل ترانسفيرازات ، و methyltransferases ، و PARPs ، وغيرها من الإنزيمات اللاجينية ، وتقوم العديد من هذه الإنزيمات بتعديل مواقع محددة جدًا ، على سبيل المثال  EZH2 ، على وجه التحديد ثلاثي ميثيلات اللايسين في الموضع 27 في هيستون H3 ، وترتبط النيوكليوسومات ببعضها البعض بواسطة هستونات رابط H1 / H5 لتشكيل سلسلة تشبه حبة من

النيوكليوسومات

، والتي تشكل الكروموسومات.

وظيفة النيوكليوسوم

يخدم النيوكليوسوم ثلاث وظائف أساسية ، وهم :

أولاً

: يحقق المستوى الأول من الضغط الجينومي ، وينظم 200 زوج من الحمض النووي.

ثانيًا

: يعمل النيوكليوسوم كمحور إشارات لعمليات الكروماتين من خلال توفير سقالة لربط إنزيمات الكروماتين وعرض مجموعة اندماجية من التعديلات اللاحقة للترجمة (PTMs) ، تنظم هذه المجموعة من PTMs أيضًا توظيف إنزيمات الكروماتين ويضبط كلا من الاستقرار النووي والضغط العالي للكروماتين.

ثالثًا

: يمكن للنيوكليوسوم أن يتجمع ذاتيًا في هياكل كروماتين عالية المستوى ، مما يسمح بمزيد من ضغط الجينوم ، والمستوى الأول من الضغط العالي ، والمستوى هو ألياف الكروماتين وتكون 30 نانومتر ، حيث تم إنشاء العديد من النماذج لها بناءً على البيانات التجريبية باستخدام المجهر الإلكتروني المبرد (cryo-EM) وعلم البلورات بالأشعة السينية.[4]

البروتينات الغير هستونية

بروتينات كروماتين غير هيستون هي مجموعة غير متجانسة من البروتينات التي تعمل في النواة حقيقية النواة كجزء من مجمعات كبيرة متعددة الوحدات ، وتلعب أدوارًا مهمة في تنظيم العديد من العمليات مثل إعادة تشكيل الجسيمات النووية ، وتكرار الحمض النووي ، وتخليق ومعالجة الحمض النووي الريبي ، والنقل النووي ، وهرمون الستيرويد والانتقال بين الطور والانقسام.

وتشتمل المجموعة على بروتينات تنظم تجميع الكروماتين ، مثل SWI / SNF ، والبروتينات التي تنظم تجميع المعززات والنسخ ، مثل بروتينات المجموعة A عالية الحركة ، وتعديل البروتينات ، مثل هيستون أسيتيل ، ديستي لاز وميثيل ، والبروتينات التي تساعد الكروموسومات على التكثيف ، مثل توبويزوميراز II والعديد من البروتينات الأخرى التي تشارك بشكل عام في إنشاء مجالات الكروماتين الوظيفية والديناميكية.[5]