الهستونات

الهستونات جزء من نواة الخلية. وجودها هو سمة مميزة بين الكائنات وحيدة الخلية (البكتيريا) والكائنات متعددة الخلايا (البشر أو الحيوانات أو النباتات). عدد قليل جدًا من السلالات البكتيرية تحتوي على بروتينات مشابهة للهستونات. أنتج التطور الهيستونات من أجل استيعاب سلسلة الحمض النووي الطويلة جدًا ، والمعروفة أيضًا باسم المادة الوراثية ، بشكل أفضل وأكثر فعالية في خلايا الكائنات الحية الأعلى. لأنه إذا تم فك الجينوم البشري ، فسيبلغ طوله حوالي مترين ، حسب مرحلة الخلية التي توجد فيها الخلية.

ما هي الهستونات؟

في الكائنات الحية الأكثر تطورًا ، تحدث الهستونات في نوى الخلية وتحتوي على نسبة عالية من الأحماض الأمينية موجبة الشحنة (خاصة ليسين وأرجينين). تنقسم بروتينات هيستون إلى خمس مجموعات رئيسية - H1 و H2A و H2B و H3 و H4. تسلسل الأحماض الأمينية للمجموعات الأربع H2A و H2B و H3 و H4 بالكاد تختلف بين الكائنات الحية المختلفة ، في حين أن هناك المزيد من الاختلافات في H1 ، هيستون الموصل. في حالة خلايا الدم الحمراء للطيور التي تحتوي على نواة ، تم استبدال H1 بالكامل بمجموعة هيستون رئيسية أخرى ، تسمى H5.

إن التشابه الكبير بين التسلسلات في معظم بروتينات الهيستون يعني أنه في معظم الكائنات الحية يحدث "تغليف" الحمض النووي بنفس الطريقة ، وتكون البنية ثلاثية الأبعاد الناتجة فعالة بنفس القدر لوظيفة الهيستونات. في سياق التطور ، يجب أن يكون تطور الهستونات قد حدث في وقت مبكر جدًا ويجب الحفاظ عليه حتى قبل ظهور الثدييات أو البشر.

التشريح والهيكل

بمجرد تشكيل سلسلة DNA جديدة من قواعد فردية (تسمى النيوكليوتيدات) في الخلية ، يجب "تعبئتها". لهذا الغرض ، تتضاءل بروتينات الهيستون ، والتي تشكل بعد ذلك اثنين من رباعي التتر. أخيرًا ، يتكون قلب هيستون من اثنين من رباعي التتر ، أوكتامر هيستون ، يتم لف خيط الحمض النووي حوله ويخترق جزئيًا. وبالتالي يقع أوكتامر هيستون في بنية ثلاثية الأبعاد داخل خيط DNA الملتوي.

تشكل بروتينات الهيستون الثمانية مع الحمض النووي من حولها المجمع الكامل للنيوكليوسوم. تسمى منطقة الحمض النووي بين جهازي نيوكليوسومات DNA الوصلة وتتكون من 20-80 نيوكليوتيد. الرابط DNA مسؤول عن "دخول" و "مغادرة" أوكتامر هيستون. وهكذا يتكون الجسيم النووي من حوالي 146 نيوكليوتيد ، وجزء رابط من الحمض النووي وثمانية بروتينات هيستون ، بحيث تلتف الـ 146 نيوكليوتيد 1.65 مرة حول ثماني هيستون.

علاوة على ذلك ، يرتبط كل نيوكليوسوم بجزيء H1 ، بحيث يتم ربط نقاط الدخول والخروج للحمض النووي معًا بواسطة هيستون المتصل ويزداد انضغاط الحمض النووي. يبلغ قطر النوكليوسوم حوالي 10-30 نانومتر ، وتشكل العديد من النيوكليوسومات الكروماتين ، وهي سلسلة طويلة من الحمض النووي هيستون تشبه سلسلة من اللآلئ تحت المجهر الإلكتروني. النيوكليوسومات هي "اللآلئ" التي تحيط بها أو متصلة بحمض نووي يشبه الخيط.

يدعم عدد من البروتينات غير الهيستون تكوين النيوكليوسومات الفردية أو تلك الخاصة بالكروماتين بأكمله ، والتي تشكل في النهاية الكروموسومات الفردية إذا كانت الخلية تنقسم. الكروموسومات هي أقصى أنواع ضغط الكروماتين ويمكن التعرف عليها بالمجهر الضوئي أثناء انقسام نواة الخلية.

الوظيفة والمهام

كما ذكرنا سابقًا ، تعتبر الهيستونات بروتينات أساسية ذات شحنة موجبة ، لذا فهي تتفاعل مع الحمض النووي السالب الشحنة من خلال الجذب الكهروستاتيكي. "يلتف" الحمض النووي حول أوكتامر الهيستون بحيث يصبح الحمض النووي أكثر إحكاما ويتناسب مع نواة كل خلية. يقوم H1 بوظيفة ضغط بنية الكروماتين عالية المستوى ويمنع في الغالب النسخ وبالتالي الترجمة ، أي ترجمة جزء الحمض النووي هذا إلى بروتينات عبر mRNA.

اعتمادًا على ما إذا كانت الخلية "تستريح" (الطور البيني) أو منقسمة ، يكون الكروماتين مكثفًا بدرجة أقل أو أكثر بقوة ، أي معبأ. في الطور البيني ، تكون أجزاء كبيرة من الكروماتين أقل تكثفًا وبالتالي يمكن نسخها إلى mRNAs ، أي قراءتها ثم ترجمتها لاحقًا إلى بروتينات. تنظم الهيستونات النشاط الجيني للجينات الفردية في المنطقة المجاورة لها وتسمح بالنسخ وإنشاء خيوط الرنا المرسال.

عندما تبدأ الخلية في الانقسام ، لا يتم ترجمة الحمض النووي إلى بروتينات ، ولكن يتم توزيعه بالتساوي بين الخليتين الوليدين اللذين تم تكوينهما. لذلك يتم تكثيف الكروماتين بشدة واستقراره بشكل إضافي بواسطة الهستونات. تصبح الكروموسومات مرئية ويمكن توزيعها على الخلايا الناشئة حديثًا بمساعدة العديد من البروتينات الأخرى غير الهيستون.

الأمراض

الهستونات ضرورية في تكوين كائن حي جديد. إذا ، بسبب الطفرات في جينات الهيستون ، لا يمكن تكوين واحد أو أكثر من بروتينات هيستون ، فإن هذا الكائن الحي غير قابل للحياة ويتوقف المزيد من التطور قبل الأوان. هذا يرجع بشكل رئيسي إلى الحفظ العالي التسلسل للهيستونات.

ومع ذلك ، فقد كان معروفًا لبعض الوقت أنه في الأطفال والبالغين المصابين بأورام دماغية خبيثة مختلفة ، يمكن أن تحدث طفرات في جينات الهيستون المختلفة للخلايا السرطانية. تم وصف الطفرات في جينات الهيستون قبل كل شيء فيما يسمى بالأورام الدبقية. كما تم اكتشاف ذيول كروموسوم مطولة في هذه الأورام. عادةً ما تكون هذه الأجزاء النهائية من الكروموسومات ، والتي تسمى التيلوميرات ، مسؤولة عن إطالة عمر الكروموسومات. في هذا السياق ، يبدو أن التيلوميرات المطولة في الأورام ذات الطفرات الهيستونية تعطي هذه الخلايا المتدهورة ميزة البقاء على قيد الحياة.

في غضون ذلك ، من المعروف أن أنواعًا أخرى من السرطان لها طفرات في جينات الهيستون المختلفة ، وبالتالي تنتج بروتينات هيستون متحولة لا تؤدي مهامها التنظيمية أو تؤدي فقط بشكل سيئ. تُستخدم هذه النتائج حاليًا لتطوير أشكال العلاج للأورام الخبيثة والعدوانية بشكل خاص.