5.12
تحتوي بروتينات الهيستون على ذيل طرفي مرن يمتد من النواة. غالبًا ما تتعرض ذيول هيستون هذه لتعديلات ما بعد الترجمة مثل الأستلة والمثيلة والفسفرة وعملية…
يحتوي النيوكليوسوم على لب بروتين الذى يتكون 00:00:03.770 00:00:06.160 من أربعة بروتينات هيستون أساسية-إتش 2 إيه إتش 2 بى إتش 3 إتش 4 بالإضافة إلى هذه الأربعة هيستونات الأساسية القياسية،تمتلك حقيقيات النوى أيضًا بعض التحورات لكل هيستون،بإستشناء إتش 4 الذيول الطرفية الأمينية للب الهيستون القياسي والمتحور تبرز من النوكليوسومات وهى غير منتظمة الشكل ومتنقلة بشكل كبير. هذه الذيول،التى تتألف من من حوالي 30 أحماض أمينية،تتعرض لعدة تعديلات تساهمية،00:00:38.440 00:00:41.140 مثل اضافة الأستيل الى اللايسين،فسفرة السيرين, و أضافة مجموعة مجموعتان أو ثلاثة مجموعات ميثيل الى اللايزين. التفاعلات التي تؤدي إلى تلك التعديلات 00:00:51.090 00:00:53.340 يتم تحفيزها بواسطة إنزيمات مختلفة،مثل الميثيل ترانسفيراز،الأسيتيلاز والكيناز.
هذه المجموعات من الإنزيمات يشار إليها بإسم الكاتب. التفاعلات التى تحفز إزالة هذه المجموعات الكيميائية تُحفز بواسطة إنزيمات مثل دىميثيلازيس،دى أسيتايلازيس و فوسفاتازيس هذه الإنزيمات مجتمعة يشار إليها باسم الممحاة. من بين العديد من التوافيق المحتملة من مختلف أنواع الهيستون المتحورة و طرف الامينو المعدل فقط مجموعات معينة منسقة التى عُرف عنها انها تحدث وبعض هذه العوامل المجتمعة من التعديلات تشفر إشارة محددة للخلية.
على سبيل المثال،مجموعة واحدة من التعديلات تشير إلى تلف ال دى إن أيه والحاجة إلى الإصلاح. 00:01:40.480 00:01:43.630 وهناك آخر يشير للتعبير الجينى بينما الآخرين يشيروا الى إسكات الجين أو تعديل الكروماتين،مثل إنشاء و انتشار الكروماتين المغاير. 00:01:50.590 00:01:55.000 نظام التشفير هذا يشار إليه بإسم شفرة هيستون.
الإشارات المشفرة في هذه التعديلات تفك شفرتها بواسطة بروتينات محددة منظمة تسمى القارئين. هذه البروتينات و المركبات متعددة البروتين
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are the four core histone proteins found in a nucleosome?
The nucleosome core contains four histone proteins: H2A, H2B, H3, and H4. These core histones form the protein octamer around which DNA wraps. In addition to these standard histones, eukaryotes possess variants of each histone type, except H4, which provide functional diversity in chromatin regulation and gene expression.
Q2: How do histone modifications affect DNA-histone interactions?
Histone acetylation increases negative charge on histones, weakening DNA-histone interactions and loosening chromatin structure, allowing greater DNA access. Conversely, methylation increases positive charge, strengthening DNA-histone affinity and promoting chromatin compaction. These opposing effects make acetylation associated with gene activation and methylation with gene silencing.
Q3: What is the histone code and how does it function?
The histone code is a system where coordinated sets of histone modifications encode specific cellular signals. Different modification combinations signal DNA damage, gene expression, gene silencing, or chromatin modifications. Regulatory proteins called readers recognize these marks, bind to chromatin regions, and recruit additional protein complexes to execute specific biological functions.
Q4: What enzymes catalyze histone modifications and their removal?
Writer enzymes like methyltransferases, acetylases, and kinases catalyze histone modifications including acetylation, methylation, and phosphorylation. Eraser enzymes such as demethylases, deacetylases, and phosphatases remove these modifications. This dynamic system allows cells to rapidly alter chromatin states and regulate gene expression in response to developmental and environmental signals.
Q5: Where are histone modifications located on the nucleosome?
Histone modifications occur on the amino-terminal tails of core histones, which protrude from the nucleosome and comprise approximately 30 amino acids. These highly unstructured and mobile tails are subjected to covalent modifications including acetylation of lysines, phosphorylation of serines, and mono-, di-, or tri-methylation of lysines.
Q6: How are histone modifications inherited through cell division?
Histone modifications are epigenetically inherited, meaning they are not genetically coded but faithfully passed to daughter cells during cell division as epigenetic memory. This inheritance of chromatin structures allows cells to maintain gene expression patterns and chromatin states across generations without changes to DNA sequence.
Q7: What is the relationship between histone acetylation and gene expression?
Acetylated histones are associated with active gene expression, while hypoacetylated histones correlate with gene repression. For example, the beta-globin gene in erythroid cells is associated with acetylated histones that increase its expression, whereas in non-erythroid cells where the gene is inactive, it associates with nonacetylated histones.