Histon-Modifikation

Ein Nukleosom enthält einen Proteinkern, der aus vier Histonkernproteinen besteht: H2A, H2B, H3 und H4.

Zusätzlich zu diesen vier Standard-Kernhistonen besitzen Eukaryoten auch einige Varianten jedes Histons, mit Ausnahme von H4.

Die aminoterminalen Schwänze der Kern-Standard- und Varianten-Kern-Histone ragen aus den Nukleosomen heraus und sind stark unstrukturiert und beweglich.

Diese Schwänze, die aus etwa 30 Aminosäuren bestehen, werden verschiedenen Formen kovalenter Modifikationen unterzogen, wie z. B. der Acetylierung von Lysinen, der Phosphorylierung von Serinen und der Mono-, Di- oder Trimethylierung von Lysinen.

Die Reaktionen, die zu diesen Modifikationen führen, werden durch verschiedene Enzyme wie Methyltransferasen, Acetylasen und Kinasen katalysiert. Diese Gruppen von Enzymen werden zusammenfassend als "Schreiber" bezeichnet.

Die Reaktionen, die die Entfernung dieser chemischen Gruppen katalysieren, werden durch Enzyme wie Demethylasen, Deacetylasen und Phosphatasen katalysiert. Diese Enzyme werden zusammenfassend als "Radiergummis" bezeichnet.

Unter den zahlreichen Kombinationsmöglichkeiten verschiedener Histonvarianten und aminoterminaler Endmodifikationen sind nur bestimmte koordinierte Sätze bekannt. Einige dieser kombinierten Modifikationssätze kodieren ein spezifisches Signal für die Zelle.

Zum Beispiel signalisiert eine Reihe von Modifikationen DNA-Schäden und die Notwendigkeit einer Reparatur. Ein anderes signalisiert die Genexpression, während andere das Gen-Silencing oder die Chromatinmodifikation signalisieren, wie die Etablierung und Ausbreitung von Heterochromatin.

Dieses Codierungssystem wird als "Histon-Code" bezeichnet.

Die Signale, die in diesen Modifikationen kodiert sind, werden von spezifischen regulatorischen Proteinen, den sogenannten "Readern", entschlüsselt. Diese Proteine und Multiproteinkomplexe enthalten verschiedene kleine Domänen, von denen jede eine bestimmte Histonmarkierung erkennt.

Sie binden fest an eine Region des Chromatins, die mehrere verschiedene Histonmarkierungen enthält, und ziehen zusätzliche Proteinkomplexe mit katalytischen Aktivitäten an. Dies führt zu spezifischen biologischen Funktionen wie Chromatinmodifikationen, Genexpression und Gen-Silencing.