Histona H1 | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Modelo da HIST1H1B baseado en PDB 1ghc. | |||||||||||
Identificadores | |||||||||||
Símbolo | Linker_histone | ||||||||||
Pfam | PF00538 | ||||||||||
InterPro | IPR005818 | ||||||||||
SMART | SM00526 | ||||||||||
SCOPe | 1hst / SUPFAM | ||||||||||
|
A histona H1 é unha das cinco familias de proteínas histonas principais, que compoñen a cromatina das células eucarióticas. Aínda que a súa secuencia está moi conservada, é a histona máis variable entre especies. A histona H1 denomínase histona de unión ou enlace ou linker. Nas aves descubriuse a histona H5, que se considera unha isoforma da histona H1.
As proteínas H1 de metazoos presentan un dominio globular central e unha cola C-terminal longa e outra N-terminal curta. A histona H1 está implicada no empaquetamento das subestruturas que semellan "doas dun colar" da cromatina, chamadas nucleosomas, nunha estrutura de orde superior, da que non se coñecen todos os detalles.[1]
As funcións que se propuxeron para a H1 son: estabilizar as dúas espiras do ADN que rodean o nucleosoma, participar no espazado dos nucleosomas e a formación de estruturas de orde superior na cromatina, e probable implicación na regulación da expresión xénica.
A diferenza doutras histonas, a H1 non forma parte do núcleo (core) do nucleosoma, senón que se sitúa sobre dita estrutura, mantendo no seu sitio o ADN que se envolve arredor do nucleosoma. A cantidade de histona H1 é a metade ca a das outras histonas, de cada unha das cales hai dúas moléculas en cada nucleosoma. Ademais de unirse ao nucleosoma, a histona H1 únese ao ADN espazador (linker DNA) (tramo de aproximadamente 20-80 nucleótidos de lonxitude situado entre un nucleosoma e outro), que axuda a estabilizar a fibra cromatínica de 30 nm en zigzag.[2] Os estudos de fibras cromatínicas purificadas deron moita información sobre as histonas H1. A extracción iónica das histonas H1 da cromatina reconstituída ou nativa promove o seu despregamento en condicións hipotónicas de modo que a fibra cromatínica de 30 nm convértese nunha cadea de nucleosomas de tipo "colar de doas" de 10 nm de grosor. Por tanto, a histona H1 dalgunha maneira intervén na estabilización da cromatina de 30 nm.[3][4][5]
Non se sabe seguro se o que fai a H1 é promover a formación dunha fibra de cromatina de tipo solenoide de 30 nm, na cal se acurta o ADN espazador exposto, ou ben se simplemente promove un cambio no ángulo entre nucleosomas adxacentes, sen afectar á lonxitude do ADN espazador.[6] Os experimentos de dixestión con nucleases e ADN footprinting suxiren que o dominio globular da histona H1 se localiza preto da díade do nucleosoma, onde protexe aproximadamente 15-30 pares de bases adicionais de ADN.[7][8][9][10]
Ademais, os experimentos en cromatina reconstituída revelan un motivo talo característico na díade en presenza da histona H1.[11] Malia as lagoas que existen na nosa comprensión da estrutura, construíuse un modelo xeral no que o dominio globular da H1 pecha o nucleosoma ao enlazarse ao ADN que entra e ao que sae do nucleosoma, á vez que o dominio da cola se une ao ADN espazador e neutraliza a carga negativa deste.[6][9]
Realizáronse moitos experimentos para determinar a función da H1 en cromatina procesada purificada en condicións de baixa concentración salina, pero o papel da H1 in vivo é menos seguro. Os estudos celulares mostraron que a sobreexpresión de H1 pode orixinar unha morfoloxía nuclear e unha estrutura da cromatina anormais, e que a H1 pode servir tanto coma regulador positivo coma negativo da transcrición, dependendo do xene.[12][13][14] En extractos de ovos do anfibio Xenopus, a depleción da histona H1 causa que a lonxitude dos cromosomas mitóticos pase a ser o dobre do normal, mentres que a sobreexpresión da H1 causa que os cromosomas se hipercompacten formando unha masa inseparable.[15][16] Non se conseguiu un knockout completo para a H1 in vivo en organismos multicelulares debido á existencia de múltiples isoformas que poden estar presentes en varios clusters xénicos, pero conseguiuse a depleción de varias isoformas da histona H1 en diversos graos en organismos como o protozoo Tetrahymena, o verme nematodo Caenorhabditis elegans, a planta Arabidopsis, a mosca da froita e no rato, que orixinou varios defectos específicos de cada organismo na morfoloxía nuclear, estrutura da cromatina, metilación do ADN, e expresión de xenes específicos.[17][18][19]
Unha gran sorpresa foi o descubrimento recente feito en experimentos de fotoblanqueo (phtobleaching) de que as histonas H1 son un compoñente da cromatina moito máis dinámico ca as histonas do núcleo do nucleosoma. A histona H1 está constantemente separándose da comatina e volvéndose a unir a outras rexións cromatínicas.[20][21]
É difícil comprender como unha proteína dinámica pode ser un compoñente estrutural da cromatina, pero suxeriuse que o equilibrio de estado estacionario no núcleo favorece claramente a asociación entre a H1 e a cromatina, o que significa que malia a súa dinámica, a gran maioría da H1 en calquera momento dado está unida á cromatina.[22]
Parece que son precisos factores citoplásmicos para o intercambio dinámico da histona H1 na cromatina, pero non foron aínda identificados.[23] A dinámica da H1 pode ser mediada en certa medida por O-glicosilación e fosforilación. A O-glicosilación da H1 pode promover a condensación e compactación da cromatina. A fosforilación durante a interfase sábese que fai diminuír a afinidade da H1 pola cromatina e pode promover a descondensación da cromatina e a transcrición activa. Porén, durante a mitose a fosforilación incrementa a afinidade da H1 polos cromosomas e, por tanto, promove a condensación cromosómica mitótica (véxase máis abaixo condensación mitótica por CDK1).[16]
A familia da H1 nos animais comprende moitas isoformas da H1 que poden expresarse en tecidos diferentes ou solapados e distintos estados do desenvolvemento dun mesmo organismo. A razón da existencia destas múltiples isoformas non está aínda clara, pero tanto a súa conservación evolutiva desde o ourizo de mar aos humanos coma as significativas diferenzas nas súas secuencias de aminoácidos suxiren que non son funcionalmente equivalentes.[24][25][26] Unha isoforma é a histona H5, que se encontra só nos eritrocitos de aves, os cales, a diferenza dos de mamíferos, teñen núcleo celular. Outra isoforma é a H1M ovocítica/cigótica (tamén chamada B4 ou H1foo), que se encontra en ourizos de mar, ras, ratos, e humanos, que é substituída no embrión polas isoformas somáticas H1A-E, e H10, a cal lembra á H5.[26][27][28][29] A H1M, a pesar de ter máis cargas negativas ca as isoformas somáticas, únese con alta afinidade aos cromosomas mitóticos nos extractos de ovos de Xenopus.[16]
Na mitose, as isoformas somáticas da H1 sofren fosforilación en moitos sitios de consenso da quinase dependente de ciclina 1 (CDK1), que introducen na molécula moitas cargas negativas. A fosforilación incrementa a afinidade da H1 polos cromosomas mitóticos en extractos de ovos e embrións de Xenopus, como se determinou por recuperación por fluorescencia despois de fotoblanqueo (photobleaching) de tipos salvaxes de H1 contra mutantes non fosforilables e de punto fosfomimético. Estes aumentos na afinidade de unión parecían compensar a dilución citoplasmática da H1 que se daba nas células mitóticas despois da disgregación da envoltura nuclear, ilustrando como a célula pode regular a H1 para adaptarse a condicións celulares específicas.[16]