Histone variants are the histone proteins with structural and sequence variations. These variants may be regarded as “mutant” forms that replace their canonical histone counterparts in the nucleosomes. Specific post-translational modifications on the histone variants enable further chromatin complexity and regulate tissue-specific gene expression. The most common histone variants are from histone H2A, H2B, and linker histone H1 families. However, several variants of histone H3 variants are also increasingly being studied.
Histone H3 variant: CENP-A
Centrosomal chromatin contains a specialized histone protein called CENP-A which shares 60% similarity with canonical histone H3. It is essential for kinetochore assembly and subsequent binding of microtubules. It is also hypothesized that CENP-A acts as an epigenetic mark to maintain centromere identity. The CENP-A is recognized and targeted to centromere via the CENP-A targeting domain (CATD).
In vitro studies have shown that centromeric nucleosomes form octomers with two copies of CENP-A along with two copies of H2A, H2B and H4 histones. Nevertheless, new studies in different eukaryotes have led to several competing models for the structure of CENP-A containing nucleosomes. According to the hemisome model, the nucleosome contains only one copy of each histone, forming a tetramer. In addition, recent studies have shown that CENP-A nucleosomes are cell cycle-regulated. They exist as octamers in S-phase and as hemisomes during other phases of the cell cycle.
Deregulation of CENP-A functions is linked to chromosome instability and cancer. Several pieces of evidence indicate overexpression of CENP-A in colon cancer, adenocarcinoma, testicular germ cell tumors, breast cancer and hepatocellular carcinoma.
중심체(centromere)는 각 염색체의 수축된 영역으로, 세포 분열의 anaphase에서 염색체의 충실한 분리를 보장하기 위해 동포코어와 미세소관이 조립됩니다.
대부분의 진핵생물에서 중심체는 중심체핵(centromere core)과 주심원(pericentric heterochromatin region)이라는 두 개의 염색질 도메인으로 나뉩니다.
모든 진핵생물의 중심체 코어는 중심체 단백질 A 또는 CENP-A라고 하는 코어 히스톤 H3의 변형을 포함합니다. CENP-A는 다른 세 가지 코어 히스톤 H2A, H2B 및 H4와 함께 중심체 특이적 뉴클레오솜을 형성합니다.
CENP-A의 기능적 C-말단 폴드 도메인은 진핵생물 사이에서 고도로 보존되어 있습니다. 그러나 단백질의 N-말단 꼬리는 크기와 서열 모두에서 상당한 변화를 보입니다.
효모 Saccharomyces cerevisiae의 centromere cores는 단일 유사분열 방추체에 부착된 단일 CENP-A 뉴클레오솜을 포함합니다. 따라서 이를 point centromeres라고 합니다.
이 핵심 중심체 영역에는 약 125bps의 AT가 풍부한 pericentric DNA 염기서열이 있습니다. 이 영역은 메틸화 히스톤 H3를 포함하는 뉴클레오솜이 특징입니다.
중심체 염색질은 3차원 구조를 형성하여 동포코어 및 미세소관과의 상호 작용을 위해 뉴클레오솜을 포함하는 CENP-A를 노출시킵니다.
대조적으로, 인간 염색체의 중심체 핵은 CENP-A 뉴클레오솜과 일반 H3 뉴클레오솜을 번갈아 배열했습니다. 이러한 규칙적인 H3 뉴클레오솜은 디메틸화됩니다.
이러한 교대 블록은 최대 5Mbs 길이에 걸쳐 있을 수 있으며 주로 pericentric heterochromatin DNA가 측면에 있는 알파 위성 DNA라고 하는 짧고 반복되는 AT가 풍부한 DNA 염기서열을 포함합니다.
CENP-A가 뉴클레오솜에 로딩되는 타이밍도 종마다 다릅니다. 예를 들어, 인간의 경우 anaphase와 G1 단계 사이에 로드됩니다. 식물에서 부하가 G2 후반 단계에서 발생합니다.
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