5.16: 중심체의 히스톤 변종

히스톤 변이체는 구조적 및 서열 변이가 있는 히스톤 단백질입니다. 이러한 변종은 뉴클레오솜의 표준 히스톤 대응물을 대체하는 "돌연변이" 형태로 간주될 수 있습니다. 히스톤 변이체에 대한 특정 번역 후 변형은 염색질의 복잡성을 더욱 심화시키고 조직 특이적 유전자 발현을 조절합니다. 가장 일반적인 히스톤 변이체는 히스톤 H2A, H2B 및 링커 히스톤 H1 계열입니다. 그러나 히스톤 H3 변종의 여러 변종도 점점 더 연구되고 있습니다.

히스톤 H3 변형: CENP-A

중심체 염색질에는 표준 히스톤 H3와 60% 유사성을 공유하는 CENP-A라는 특수 히스톤 단백질이 포함되어 있습니다. 이는 동원체 조립과 미세소관의 후속 결합에 필수적입니다. 또한 CENP-A는 동원체 정체성을 유지하기 위한 후생적 표지 역할을 한다는 가설도 있습니다. CENP-A는 CENP-A 타겟팅 도메인(CATD)을 통해 인식되고 동원체를 타겟팅합니다.

시험관 내 연구에 따르면 동원체 뉴클레오솜은 H2A, H2B 및 H4 히스톤 2개 복사본과 함께 CENP-A 2개 복사본과 함께 팔량체를 형성하는 것으로 나타났습니다. 그럼에도 불구하고, 다양한 진핵생물에 대한 새로운 연구로 인해 뉴클레오솜을 포함하는 CENP-A의 구조에 대한 여러 경쟁 모델이 탄생했습니다. 헤미솜 모델에 따르면, 뉴클레오솜은 각 히스톤의 복사본 하나만 포함하여 사량체를 형성합니다. 또한 최근 연구에 따르면 CENP-A 뉴클레오솜은 세포 주기에 의해 조절되는 것으로 나타났습니다. 이는 S기에서는 옥타머로 존재하고 세포 주기의 다른 단계에서는 헤미솜으로 존재합니다.

CENP-A 기능의 규제 완화는 염색체 불안정성 및 암과 관련이 있습니다. 몇몇 증거는 결장암, 선암종, 고환 생식 세포 종양, 유방암 및 간세포 암종에서 CENP-A의 과발현을 나타냅니다.

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.