A hisztonok a sejtmagok alkotóelemei. Jelenlétük megkülönböztető jellemző az egysejtű szervezetek között (baktériumok) és többsejtű szervezetek (emberek, állatok vagy növények). Csak nagyon kevés baktérium törzs rendelkezik fehérjék amelyek hasonlóak a hisztonokhoz. Az Evolution hisztonokat állított elő annak érdekében, hogy a nagyon magas DNS-láncot, más néven genetikai anyagot jobban és hatékonyabban tudják befogadni a magasabb rendű szervezetek sejtjeibe. Ugyanis, ha az emberi genom szét lenne tekerve, akkor az körülbelül 1-2 m hosszú lenne, attól függően, hogy melyik sejtfázisban van egy sejt.
Mik azok a hisztonok?
Magasabban fejlett organizmusokban a hisztonok megtalálhatók a sejtmagokban, és magas a pozitív töltésük aminosavak (főleg lizin és a arginin). Hiszton fehérjék öt fő csoportra oszthatók - H1, H2A, H2B, H3 és H4. Különböző organizmusok között a négy H2A, H2B, H3 és H4 csoport aminosavszekvenciája alig különbözik egymástól, míg a H1, egy összekötő hiszton esetében több különbség van. A magvas vörösben vér madársejtek, a H1-et még egy másik nagy hisztoncsoport helyettesíti, az úgynevezett H5. A szekvenciák nagyfokú hasonlósága a legtöbb hisztonban fehérjék azt jelenti, hogy a legtöbb organizmusban a DNS „csomagolása” ugyanúgy történik, és az így kapott háromdimenziós szerkezet ugyanolyan hatékony a hiszton működésére. Így az evolúció során a hisztonok fejlődésének nagyon korán meg kellett történnie, és ilyen módon fenn kellett maradnia, még az emlősök vagy az emberek fejlődése előtt.
Anatómia és felépítés
Egyszer egy új DNS-lánc bázisok (úgynevezett nukleotidok) egy sejtben képződik, azt „be kell csomagolni”. Ehhez a hiszton fehérjék dimerizálódnak, amelyek mindegyike két tetramert képez. Végül a hisztonmag két tetramerből áll, a hiszton oktamerból, amely körül a DNS-szál beburkolódik és részben behatol. Tehát a hiszton oktamer háromdimenziós szerkezetben van a tekercselt DNS-szálon belül. A nyolc hisztonfehérje, körülötte a DNS alkotja a nukleoszóma teljes komplexét. A két nukleoszóma közötti DNS-régiót linker-DNS-nek nevezzük, és körülbelül 20-80 nukleotidot tartalmaz. A linker DNS felelős a DNS bejutásáért és „kijutásáért” a hiszton oktamerba. Tehát egy nukleoszóma körülbelül 146 nukleotidból, egy linker DNS-részből és nyolc hisztonfehérjéből áll, így a 146 nukleotid 1.65-szer körbetekerik a hiszton-oktamert. Ezenkívül minden nukleoszóma kapcsolódik egy H1 molekulához, így a DNS be- és kilépési helyeit a kapcsoló hiszton tartja össze, növelve a DNS tömörségét. Egy nukleoszóma átmérője körülbelül 10-30 nm. Sok nukleoszóma képződik kromatin, egy hosszú DNS-hiszton lánc, amely úgy néz ki, mint egy gyöngyhúr az elektronmikroszkóp alatt. A nukleoszómák azok a „gyöngyök”, amelyeket a húrszerű DNS körülvesz vagy összekapcsol. Jó néhány nem hiszton fehérje támogatja az egyes nukleoszómák vagy az egész képződését kromatin, amely végül az egyént alkotja kromoszómák amikor egy sejtnek osztódnia kell. Kromoszómák a kondenzáció maximális típusa kromatin és fénymikroszkóppal láthatóak egy sejt magfelosztásakor.
Funkció és feladatok
Amint fentebb említettük, a hisztonok bázikus fehérjék, amelyek pozitív töltéssel rendelkeznek, ezért elektrosztatikus vonzerővel kölcsönhatásba lépnek a negatívan töltött DNS-sel. A DNS oly módon „körbetekeri” a hiszton-oktamerokat, hogy a DNS tömörebbé váljon és beilleszkedjen az egyes sejtek magjába. Ebben a folyamatban a H1 funkciója a felsőbbrendű kromatinszerkezet tömörítése, és általában megakadályozza a transzkripciót és így a transzlációt, vagyis ennek a DNS-résznek a transzlációját fehérjékké egy mRNS-en keresztül. Attól függően, hogy a sejt „pihen-e” (interfázis) vagy osztódik-e, a kromatin kevésbé vagy jobban kondenzált, azaz tele van. Interfázisban a kromatin nagy részei kevésbé kondenzálódnak, ezért átírhatók mRNS-ekbe, azaz olvashatók és később fehérjévé alakulnak. Így a hisztonok szabályozzák a gén az egyes gének aktivitása a környezetükben, és lehetővé teszik a transzkripciót és az mRNS-szálak képződését. Amikor egy sejt belép a sejtosztódásba, a DNS nem transzlálódik fehérjévé, hanem egyenletesen oszlik el a kialakult két leánysejt között. Ezért a kromatint erősen kondenzálják, és a hisztonok emellett stabilizálják kromoszómák láthatóvá válnak, és sok más, nem hiszton fehérje segítségével eloszthatók az újonnan képződő sejtekben.
Betegségek
A hisztonok elengedhetetlenek egy új élőlény kialakulásához. Ha a hiszton gének mutációi miatt egy vagy több hiszton fehérje nem képződhet, akkor az a szervezet nem életképes, és a további fejlődés idő előtt befejeződik. Ennek oka elsősorban a hisztonok magas szekvenciakonzervációja. Ugyanakkor egy ideje ismert, hogy gyermekeknél és felnőtteknél különböző rosszindulatúak agy daganatok, mutációk fordulhatnak elő a tumorsejtek különféle hiszton génjeiben. Különösen az ún gliomák, a hiszton gének mutációit írták le. Ezen daganatokban hosszúkás kromoszóma végdarabokat fedeztek fel. Ezek, ún telomerek, a kromoszómák végszakaszai általában felelősek a kromoszómák hosszú élettartamáért. Ebben az összefüggésben úgy tűnik, hogy a megnyúlt telomerek a hiszton mutációval rendelkező tumorokban túlélési előnyt biztosítanak ezeknek a degenerált sejteknek. Eközben más típusú rák ismert, hogy mutációik vannak a különféle hiszton génekben, és ezért olyan mutált hiszton fehérjéket termelnek, amelyek nem hajtják végre szabályozási feladataikat, vagy csak rosszul végzik ezt. Ezeket a megállapításokat jelenleg a terápia különösen rosszindulatú és agresszív daganatok esetén is.
