Histone H1

Histone H1 Descrizione dell'immagine PBB_Protein_HIST1H1B_image.jpg. Dominio proteico
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L'istone H1 è una delle cinque principali proteine istoniche che formano la cromatina nelle cellule eucariotiche . Sebbene altamente conservato, è tuttavia l'istone con la più alta variabilità di sequenza inter-specie.

Struttura

Nei metazoi, le proteine ​​H1 mostrano un dominio globulare centrale di "elica alata" e lunghe code C e N-terminali . H1 è coinvolto nel raggruppamento delle cosiddette sottostrutture "collana di perle" in una struttura di livello superiore, i cui dettagli non sono stati ancora risolti. Gli istoni H1 presenti nei protisti e nei batteri mancano del dominio centrale e della coda N-terminale.

Funzione

A differenza di altri istoni, H1 non costituisce la particella nucleosomiale . Si basa sulla struttura nucleosomiale, mantenendo il DNA avvolto attorno al nucleosoma in posizione. A differenza di altri istoni rappresentati da due molecole per tipo di istone per nucleosoma, c'è solo una molecola H1 per nucleosoma. Oltre al suo legame con il nucleosoma, la proteina H1 si lega al DNA linker (o DNA linker , lungo da 20 a 80 nucleotidi) tra i nucleosomi, contribuendo così a stabilizzare la fibra di cromatina di 30 nm. La maggior parte delle conoscenze su H1 proviene da studi sulle fibre di cromatina purificata. L'estrazione ionica degli istoni leganti dalla cromatina nativa o ricostituita promuove il suo dispiegamento di fibre di 30 nm di lunghezza a una conformazione di cordone di perle nucleosomiali in condizioni ipotoniche.

Non è chiaro se H1 promuova la formazione di una fibra di cromatina a forma di solenoide, in cui il DNA legante esposto è accorciato, o se promuove semplicemente un cambiamento nell'angolo dei nucleosomi adiacenti, senza influenzare la lunghezza del linker del DNA . Tuttavia, è stato dimostrato che gli istoni del linker promuovono la compattazione delle fibre di cromatina ricostituite in vitro utilizzando set di DNA sintetici che ricostituiscono l'elemento di posizionamento nucleosomico forte "601". Gli esperimenti di digestione della nucleasi e di rilevamento delle impronte genomiche suggeriscono che il dominio globulare dell'istone H1 si trova vicino alla diade dei nucleosomi, dove protegge da 15 a 30 paia di basi di DNA aggiuntivo. Inoltre, esperimenti sulla cromatina ricostituita hanno rivelato un pattern caratteristico nella diade in presenza di H1. Nonostante le lacune nella comprensione del ruolo di H1, è emerso uno schema generale secondo cui il dominio globulare di H1 chiude il nucleosoma legando il DNA in entrata e in uscita, mentre la coda si lega al DNA legante e neutralizza la sua carica negativa.

Molti esperimenti sulla funzione H1 sono stati eseguiti su cromatina trattata e purificata in condizioni di basso contenuto di sale, ma il ruolo di H1 in vivo è meno certo. Studi cellulari hanno dimostrato che la sovraespressione di H1 può causare una morfologia nucleare e una struttura della cromatina aberranti e che H1 può fungere da regolatore sia positivo che negativo della trascrizione, a seconda dei geni. Negli estratti di uova di Xenopus , la deplezione dell'istone del linker causa un'estensione longitudinale di circa 2 volte dei cromosomi mitotici, mentre la sovraespressione fa sì che i cromosomi si ipercompattino in una massa inseparabile. La completa inattivazione di H1 in vivo non è stata ottenuta negli organismi multicellulari a causa della presenza di più isoforme che possono essere presenti in più cluster genici, ma varie isoforme dell'istone di legame sono state esaurite a vari livelli in Tetrahymena, C. elegans, Arabidopsis , mosca e topo, con conseguenti vari difetti specifici dell'organismo nella morfologia nucleare, nella struttura della cromatina, nella metilazione del DNA e / o nell'espressione genica specifica.

Dinamico

Mentre la maggior parte degli istoni H1 nel nucleo sono legati alla cromatina, le molecole H1 si spostano tra le regioni della cromatina a una velocità piuttosto elevata.

È difficile capire come una proteina così dinamica possa essere una componente strutturale della cromatina, ma è stato suggerito che all'equilibrio nucleare l'associazione tra H1 e cromatina è ancora fortemente favorita, il che significa che nonostante la sua dinamica, la stragrande maggioranza di H1 in un dato momento è legato alla cromatina. H1 compatta e stabilizza il DNA sotto stress e durante l'assemblaggio della cromatina, suggerendo che il legame dinamico H1 potrebbe conferire protezione al DNA nei casi in cui è necessario rimuovere i nucleosomi.

I fattori citoplasmatici sembrano essere necessari per lo scambio dinamico dell'istone H1 sulla cromatina, ma non sono stati ancora specificatamente identificati. La dinamica di H1 può essere influenzata in una certa misura dalla O-glicosilazione e dalla fosforilazione. La O-glicosilazione di H1 può favorire la condensazione e la compattazione della cromatina. È stato dimostrato che la fosforilazione durante l'interfase riduce l'affinità H1 per la cromatina e può promuovere la decondensazione della cromatina e la trascrizione attiva. Tuttavia, durante la mitosi, è stato dimostrato che la fosforilazione aumenta l'affinità di H1 per i cromosomi e quindi promuove la condensazione dei cromosomi mitotici.

Isoforme

Negli animali, la famiglia H1 comprende più isoforme H1 che possono essere espresse all'interno di un singolo organismo in tessuti e stadi di sviluppo diversi o sovrapposti. La ragione dell'esistenza di queste molteplici isoforme rimane poco chiara, ma la loro conservazione evolutiva dal riccio di mare all'uomo, nonché differenze significative nelle loro sequenze di amminoacidi, suggeriscono che non sono funzionalmente equivalenti. Una delle isoforme è l' istone H5 , che si trova solo negli eritrociti aviari, che non assomigliano agli eritrociti dei mammiferi in quanto hanno un nucleo . Un'altra isoforma è l'isoforma zigotica / zigotica H1M (chiamata anche B4 o H1foo), che si trova nei ricci di mare, nelle rane, nei topi e nell'uomo, che viene sostituita nell'embrione dalle isoforme somatiche H1A-E e H10 che assomigliano a H5. Sebbene abbia più cariche negative rispetto alle isoforme somatiche, H1M si lega con una maggiore affinità per i cromosomi mitotici negli estratti di uova di Xenopus .

Modifiche post-traduzionali

Come gli altri istoni, gli istoni della famiglia H1 vengono ampiamente modificati dopo la traduzione. Ciò include la fosforilazione dei residui di serina e treonina, acetilazione e metilazione dei residui di lisina e ubiquitinazione. Queste modifiche post-traduzionali servono a varie funzioni, ma sono studiate meno bene di quelle di altri istoni.

Guarda anche

Riferimenti

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