7.8
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 histones and what role do they play in DNA organization?
Histones are small, positively charged proteins around which DNA wraps to form nucleosomes, the basic units of chromatin. They enable efficient packaging of DNA into the nucleus while regulating gene expression. Histone modifications alter chromatin structure, controlling DNA accessibility and transcriptional activity without changing the underlying DNA sequence.
Q2: How do histone modifications affect chromatin structure and gene accessibility?
Histone modifications, such as acetylation and methylation, alter the charge and structure of histones, loosening or tightening DNA wrapping. These changes regulate chromatin compaction, making DNA more or less accessible to transcription machinery. Modified histones can promote euchromatin formation, allowing gene expression, or contribute to heterochromatin formation, silencing genes.
Q3: What is the difference between histone acetylation and histone methylation?
Histone acetylation adds acetyl groups to lysine residues, neutralizing positive charges and loosening DNA binding, typically activating transcription. Histone methylation adds methyl groups to lysine or arginine residues without changing charge, serving diverse regulatory roles—some methylation marks activate genes while others repress them, depending on the specific residue modified.
Q4: Why are histone modifications considered epigenetic changes?
Histone modifications are epigenetic because they alter gene expression without changing DNA sequence. These reversible chemical modifications can be inherited through cell divisions and sometimes across generations, influencing which genes are active or silent. They provide a flexible mechanism for cells to respond to environmental signals and developmental cues.
Q5: How do histone modifications regulate transcriptional activation and repression?
Histone modifications recruit specific proteins that either promote or inhibit transcription. Activating modifications like H3K9 acetylation attract transcription factors and RNA polymerase, facilitating gene expression. Repressive modifications like H3K9 methylation recruit silencing complexes that compact chromatin, blocking transcriptional machinery access and preventing gene expression.
Q6: What enzymes are responsible for adding and removing histone modifications?
Histone acetyltransferases (HATs) add acetyl groups, while histone deacetylases (HDACs) remove them. Histone methyltransferases (HMTs) add methyl groups, and histone demethylases remove them. These opposing enzyme activities create a dynamic system where histone modification states can be rapidly altered, allowing cells to quickly adjust gene expression in response to signals.
Q7: How do histone modifications influence constitutive heterochromatin and facultative heterochromatin formation?
Specific histone modifications direct chromatin into different states. Repressive modifications establish and maintain constitutive heterochromatin and facultative heterochromatin, silencing genes permanently or conditionally. Activating modifications promote open chromatin, allowing gene expression. The pattern of histone modifications across a region determines whether that chromatin remains condensed or becomes accessible.