Histones

Histones fazem parte dos núcleos celulares. Sua presença é uma característica distintiva entre organismos unicelulares (bactérias) e organismos multicelulares (humanos, animais ou plantas). Muito poucas cepas de bactérias possuem proteínas semelhantes às histonas. A evolução criou histonas para acomodar melhor e mais eficazmente a cadeia de DNA muito longa, também conhecida como material genético, nas células de seres vivos superiores. Porque se o genoma humano fosse desenrolado, ele teria aproximadamente 1-2 m de comprimento, dependendo do estágio da célula em que a célula se encontra.

O que são histonas?

Em seres vivos mais desenvolvidos, as histonas ocorrem nos núcleos das células e têm uma alta proporção de aminoácidos carregados positivamente (especialmente lisina e arginina). As proteínas histonas são divididas em cinco grupos principais - H1, H2A, H2B, H3 e H4. As sequências de aminoácidos dos quatro grupos H2A, H2B, H3 e H4 dificilmente diferem entre os diferentes seres vivos, enquanto há mais diferenças para H1, uma histona de conexão. No caso dos glóbulos vermelhos das aves que contêm núcleos, o H1 foi completamente substituído por outro grupo principal de histonas, denominado H5.

A grande similaridade das sequências na maioria das proteínas das histonas significa que na maioria dos organismos o "empacotamento" do DNA ocorre da mesma maneira e a estrutura tridimensional resultante é igualmente eficaz para a função das histonas. No curso da evolução, o desenvolvimento das histonas deve ter acontecido muito cedo e deve ter sido mantido mesmo antes do surgimento dos mamíferos ou humanos.

Anatomia e estrutura

Assim que uma nova cadeia de DNA é formada a partir de bases individuais (chamadas de nucleotídeos) em uma célula, ela precisa ser "empacotada". Para isso, as proteínas histonas se dimerizam, e cada uma forma dois tetrâmeros. Finalmente, um núcleo de histona consiste em dois tetrâmeros, o octâmero de histona, em torno do qual a fita de DNA se envolve e o penetra parcialmente. O octâmero da histona agora está localizado na estrutura tridimensional dentro da fita torcida de DNA.

As oito proteínas histonas com o DNA em torno delas formam todo o complexo de um nucleossomo. A área do DNA entre dois nucleossomos é chamada DNA ligante e compreende cerca de 20-80 nucleotídeos. O DNA ligante é responsável pela "entrada" e "saída" do DNA no octâmero da histona. Um nucleossomo consiste, portanto, em aproximadamente 146 nucleotídeos, um componente de DNA ligante e oito proteínas histonas, de modo que os 146 nucleotídeos envolvem 1,65 vezes o octâmero da histona.

Além disso, cada nucleossomo está associado a uma molécula H1, de modo que os pontos de entrada e saída do DNA são mantidos juntos pela histona de conexão e a compactação do DNA aumenta. Um nucleossomo tem um diâmetro de cerca de 10-30 nm. Muitos nucleossomos formam a cromatina, uma longa cadeia de DNA-histona que se parece com um colar de pérolas ao microscópio eletrônico. Os nucleossomos são as "pérolas" que estão rodeadas ou conectadas pelo DNA semelhante a um fio.

Uma série de proteínas não histonas apóiam a formação de nucleossomos individuais ou de toda a cromatina, que em última análise forma os cromossomos individuais quando uma célula está se dividindo. Os cromossomos são o tipo máximo de compressão da cromatina e podem ser reconhecidos por microscopia de luz durante a divisão do núcleo de uma célula.

Função e tarefas

Como mencionado acima, as histonas são proteínas básicas com carga positiva, portanto, interagem com o DNA carregado negativamente por meio da atração eletrostática. O DNA "envolve" os octâmeros das histonas para que o DNA se torne mais compacto e se encaixe no núcleo de cada célula. O H1 tem a função de comprimir a estrutura da cromatina de nível superior e principalmente impede a transcrição e, portanto, a tradução, ou seja, a tradução desta parte do DNA em proteínas através de um mRNA.

Dependendo se a célula está "em repouso" (interfase) ou se dividindo, a cromatina é menos ou mais fortemente condensada, isto é, compactada. Na interfase, grandes partes da cromatina são menos condensadas e podem, portanto, ser transcritas em mRNAs, ou seja, lidas e posteriormente traduzidas em proteínas. As histonas regulam a atividade gênica de genes individuais em sua vizinhança e permitem a transcrição e a criação de fitas de mRNA.

Quando uma célula começa a se dividir, o DNA não é traduzido em proteínas, mas sim distribuído uniformemente entre as duas células-filhas criadas. A cromatina é, portanto, fortemente condensada e adicionalmente estabilizada pelas histonas. Os cromossomos tornam-se visíveis e podem ser distribuídos às células emergentes com a ajuda de muitas outras proteínas não histonas.

Doenças

As histonas são essenciais na criação de um novo ser vivo. Se, devido a mutações nos genes das histonas, uma ou mais proteínas histonas não puderem ser formadas, este organismo não é viável e o desenvolvimento posterior é interrompido prematuramente. Isso se deve principalmente à alta seqüência de conservação das histonas.

No entanto, já se sabe há algum tempo que podem ocorrer mutações em vários genes de histonas de células tumorais em crianças e adultos com vários tumores cerebrais malignos. Mutações nos genes das histonas foram descritas especialmente nos chamados gliomas. Caudas cromossômicas alongadas também foram descobertas nesses tumores. Essas seções finais dos cromossomos, chamadas telômeros, são normalmente responsáveis ​​pela longevidade dos cromossomos. Nesse contexto, parece que os telômeros alongados nos tumores com mutações nas histonas dão a essas células degeneradas uma vantagem de sobrevivência.

Nesse ínterim, são conhecidos outros tipos de câncer que têm mutações nos vários genes das histonas e, portanto, produzem proteínas histonas mutadas que não desempenham ou apenas desempenham mal suas tarefas regulatórias. Esses achados estão sendo usados ​​atualmente para desenvolver formas de terapia para tumores particularmente malignos e agressivos.