Lịch sử

Lịch sử là một phần của nhân tế bào. Sự hiện diện của chúng là đặc điểm phân biệt giữa sinh vật đơn bào (vi khuẩn) và sinh vật đa bào (người, động vật hoặc thực vật). Rất ít chủng vi khuẩn có protein tương tự như histon. Sự tiến hóa đã tạo ra các histon để chứa chuỗi DNA rất dài, còn được gọi là vật chất di truyền, tốt hơn và hiệu quả hơn trong tế bào của những sinh vật sống cao hơn. Bởi vì nếu bộ gen người chưa được gắn kết, nó sẽ dài khoảng 1-2 m, tùy thuộc vào giai đoạn tế bào mà một tế bào đang ở.

Lịch sử là gì?

Ở những sinh vật phát triển cao hơn, histon xuất hiện trong nhân tế bào và có tỷ lệ cao các axit amin tích điện dương (đặc biệt là lysine và arginine). Các protein histone được chia thành năm nhóm chính - H1, H2A, H2B, H3 và H4. Trình tự axit amin của bốn nhóm H2A, H2B, H3 và H4 hầu như không khác nhau giữa các sinh vật sống khác nhau, trong khi có nhiều sự khác biệt hơn đối với H1, một histone kết nối. Trong trường hợp các tế bào hồng cầu chứa nhân của chim, H1 thậm chí đã được thay thế hoàn toàn bằng một nhóm histone chính khác, được gọi là H5.

Sự tương đồng lớn giữa các trình tự trong hầu hết các protein histone có nghĩa là ở hầu hết các sinh vật, việc "đóng gói" DNA diễn ra theo cùng một cách và kết quả là cấu trúc ba chiều có hiệu quả như nhau đối với chức năng của histone. Trong quá trình tiến hóa, sự phát triển của các histones phải xảy ra rất sớm và phải được duy trì ngay cả trước khi động vật có vú hoặc con người xuất hiện.

Giải phẫu & cấu trúc

Ngay khi một chuỗi DNA mới được hình thành từ các base riêng lẻ (gọi là nucleotide) trong tế bào, nó phải được "đóng gói". Đối với điều này, các protein histone đime hóa, sau đó mỗi protein tạo thành hai tetrame. Cuối cùng, một lõi histone bao gồm hai tetrame, là histone octamer, xung quanh sợi DNA tự quấn và thâm nhập một phần vào nó. Octamer histone hiện nằm trong cấu trúc ba chiều bên trong sợi DNA xoắn.

Tám protein histone với DNA xung quanh chúng tạo thành toàn bộ phức hợp của một nucleosome. Khu vực DNA giữa hai nuclesome được gọi là DNA liên kết và bao gồm khoảng 20-80 nucleotide. DNA của trình liên kết chịu trách nhiệm cho sự "vào" và "ra" của DNA vào bộ tám histone. Do đó, một nucleosome bao gồm khoảng 146 nucleotide, một thành phần DNA liên kết và 8 protein histone, do đó 146 nucleotide quấn 1,65 lần quanh octamer histone.

Hơn nữa, mỗi nucleosome được liên kết với một phân tử H1, do đó các điểm vào và ra của DNA được giữ lại với nhau bởi histone kết nối và độ chặt chẽ của DNA tăng lên. Một nucleosome có đường kính khoảng 10-30 nm. Nhiều nucleosome tạo thành chất nhiễm sắc, một chuỗi DNA-histone dài trông giống như một chuỗi ngọc trai dưới kính hiển vi điện tử. Các nucleosom là "ngọc trai" được bao quanh hoặc kết nối bởi DNA giống như chuỗi.

Một số protein không phải histone hỗ trợ sự hình thành của từng thể nhân hoặc của toàn bộ nhiễm sắc thể, cuối cùng tạo nên các nhiễm sắc thể riêng lẻ khi tế bào phân chia. Nhiễm sắc thể là kiểu nén tối đa của chất nhiễm sắc và có thể nhận biết được bằng kính hiển vi ánh sáng trong quá trình phân chia nhân của tế bào.

Chức năng & nhiệm vụ

Như đã đề cập ở trên, histon là protein cơ bản mang điện tích dương, vì vậy chúng tương tác với DNA tích điện âm thông qua lực hút tĩnh điện. DNA "quấn" quanh các octamers của histone để DNA trở nên nhỏ gọn hơn và phù hợp với nhân của mỗi tế bào. H1 có chức năng nén cấu trúc nhiễm sắc mức cao hơn và chủ yếu ngăn cản quá trình phiên mã và do đó dịch mã, tức là dịch phần DNA này thành protein thông qua mRNA.

Tùy thuộc vào việc tế bào đang "nghỉ ngơi" (giữa các pha) hay đang phân chia, chất nhiễm sắc được cô đặc ít hay nhiều, tức là được đóng gói. Trong interphase, các phần lớn của chất nhiễm sắc ít cô đặc hơn và do đó có thể được phiên mã thành mRNA, tức là được đọc và sau đó được dịch mã thành protein. Các histon điều chỉnh hoạt động gen của các gen riêng lẻ trong vùng lân cận của chúng và cho phép phiên mã và tạo ra các sợi mRNA.

Khi một tế bào bắt đầu phân chia, DNA không được dịch mã thành protein mà được phân bổ đồng đều giữa hai tế bào con được tạo ra. Do đó, chất nhiễm sắc được cô đặc mạnh mẽ và được ổn định thêm bởi các histon. Các nhiễm sắc thể trở nên có thể nhìn thấy và có thể được phân phối đến các tế bào mới hình thành với sự trợ giúp của nhiều protein không phải histone khác.

Bệnh tật

Histone rất cần thiết trong việc tạo ra một sinh vật mới. Nếu do đột biến gen histone, một hoặc nhiều protein histone không thể được hình thành, sinh vật này sẽ không thể tồn tại và sự phát triển tiếp theo bị ngừng sớm. Điều này chủ yếu là do sự bảo tồn trình tự cao của các histon.

Tuy nhiên, người ta đã biết từ lâu rằng các đột biến trong các gen histone khác nhau của các tế bào khối u có thể xảy ra ở trẻ em và người lớn với các khối u não ác tính khác nhau. Các đột biến trong gen histone đã được mô tả đặc biệt trong cái gọi là u thần kinh đệm. Các đuôi nhiễm sắc thể kéo dài cũng được phát hiện trong các khối u này. Những đoạn cuối này của nhiễm sắc thể, được gọi là telomere, thường chịu trách nhiệm về tuổi thọ của nhiễm sắc thể. Trong bối cảnh này, dường như các telomere kéo dài trong các khối u có đột biến histone mang lại lợi thế sống sót cho các tế bào thoái hóa này.

Trong khi đó, các loại ung thư khác được biết là có đột biến trong các gen histone khác nhau và do đó tạo ra các protein histone bị đột biến không hoặc chỉ thực hiện kém các nhiệm vụ điều hòa của chúng. Những phát hiện này hiện đang được sử dụng để phát triển các hình thức điều trị cho các khối u đặc biệt ác tính và tích cực.