Gli istoni

Gli istoni fanno parte dei nuclei cellulari. La loro presenza è una caratteristica distintiva tra organismi unicellulari (batteri) e organismi multicellulari (esseri umani, animali o piante). Pochissimi ceppi batterici hanno proteine ​​simili agli istoni. L'evoluzione ha prodotto istoni per accogliere la catena del DNA molto lunga, nota anche come materiale genetico, meglio e più efficacemente nelle cellule degli esseri viventi superiori. Perché se il genoma umano fosse svolto, sarebbe lungo circa 1-2 m, a seconda dello stadio cellulare in cui si trova.

Cosa sono gli istoni?

Negli organismi più sviluppati, gli istoni si trovano nei nuclei delle cellule e hanno un'elevata percentuale di aminoacidi caricati positivamente (specialmente lisina e arginina). Le proteine ​​istoniche sono divise in cinque gruppi principali: H1, H2A, H2B, H3 e H4. Le sequenze amminoacidiche dei quattro gruppi H2A, H2B, H3 e H4 difficilmente differiscono tra i diversi esseri viventi, mentre ci sono più differenze per H1, un istone di connessione. Nel caso dei globuli rossi contenenti il ​​nucleo degli uccelli, H1 è stato persino completamente sostituito da un altro gruppo istonico principale, chiamato H5.

La grande somiglianza delle sequenze nella maggior parte delle proteine ​​istoniche significa che nella maggior parte degli organismi il "confezionamento" del DNA avviene nello stesso modo e la struttura tridimensionale risultante è ugualmente efficace per la funzione degli istoni. Nel corso dell'evoluzione, lo sviluppo degli istoni deve essere avvenuto molto presto e deve essere stato mantenuto anche prima che i mammiferi o gli esseri umani emergessero.

Anatomia e struttura

Non appena una nuova catena di DNA viene creata da basi individuali (chiamate nucleotidi) in una cellula, deve essere "confezionata". A tale scopo, le proteine ​​istoniche si dimerizzano, che quindi formano ciascuna due tetrameri. Infine, un nucleo istonico è costituito da due tetrameri, l'istone ottamero, attorno al quale il filamento di DNA si avvolge e lo penetra parzialmente. L'ottamero istonico si trova ora nella struttura tridimensionale all'interno del filamento di DNA contorto.

Le otto proteine ​​istoniche con il DNA intorno a loro formano l'intero complesso di un nucleosoma. L'area del DNA tra due nucleosomi è chiamata DNA linker e comprende circa 20-80 nucleotidi. Linker DNA è responsabile del DNA che "entra" e "lascia" l'istone ottamero. Un nucleosoma è quindi costituito da circa 146 nucleotidi, una parte di DNA linker e otto proteine ​​istoniche, in modo che i 146 nucleotidi si avvolgano 1,65 volte attorno all'istone ottamero.

Inoltre, ogni nucleosoma è associato a una molecola H1, in modo che i punti di ingresso e di uscita del DNA siano tenuti insieme dall'istone di collegamento e la compattezza del DNA aumenta. Un nucleosoma ha un diametro di circa 10-30 nm Molti nucleosomi formano la cromatina, una lunga catena di istoni del DNA che al microscopio elettronico sembra un filo di perle. I nucleosomi sono le "perle" circondate o collegate dal DNA a forma di stringa.

Un certo numero di proteine ​​non istoniche supporta la formazione dei singoli nucleosomi o quella dell'intera cromatina, che alla fine forma i singoli cromosomi se una cellula deve dividersi. I cromosomi sono il tipo massimo di compressione della cromatina e possono essere visti con un microscopio ottico durante la divisione del nucleo di una cellula.

Funzione e compiti

Come accennato in precedenza, gli istoni sono proteine ​​di base con una carica positiva, quindi interagiscono con il DNA caricato negativamente attraverso l'attrazione elettrostatica. Il DNA "avvolge" gli ottameri degli istoni in modo che il DNA diventi più compatto e si adatti al nucleo di ogni cellula. L'H1 ha la funzione di comprimere la struttura della cromatina sovraordinata e soprattutto previene la trascrizione e quindi la traduzione, cioè la traduzione di questa parte di DNA in proteine ​​tramite un mRNA.

A seconda che la cellula sia "a riposo" (interfase) o in divisione, la cromatina è meno o più fortemente condensata, cioè impaccata. Nell'interfase, grandi porzioni di cromatina sono meno condensate e possono quindi essere trascritte in mRNA, cioè lette e successivamente tradotte in proteine. Gli istoni regolano l'attività genica dei singoli geni nelle loro vicinanze e consentono la trascrizione e la creazione di filamenti di mRNA.

Quando una cellula inizia a dividersi, il DNA non viene tradotto in proteine, ma distribuito uniformemente tra le due cellule figlie che vengono create. La cromatina è quindi fortemente condensata e ulteriormente stabilizzata dagli istoni. I cromosomi diventano visibili e possono essere distribuiti alle cellule emergenti con l'aiuto di molte altre proteine ​​non istoniche.

Malattie

Gli istoni sono essenziali nella creazione di un nuovo essere vivente. Se, a causa di mutazioni nei geni degli istoni, non è possibile formare una o più delle proteine ​​istoniche, questo organismo non è vitale e l'ulteriore sviluppo viene interrotto prematuramente. Ciò è dovuto principalmente alla conservazione ad alta sequenza degli istoni.

Tuttavia, è noto da tempo che nei bambini e negli adulti con vari tumori cerebrali maligni possono verificarsi mutazioni nei vari geni istonici delle cellule tumorali. Le mutazioni nei geni degli istoni sono state descritte soprattutto nei cosiddetti gliomi. In questi tumori sono state scoperte anche code cromosomiche allungate. Queste sezioni terminali dei cromosomi, chiamate telomeri, sono normalmente responsabili della longevità dei cromosomi. In questo contesto, sembra che i telomeri allungati nei tumori con mutazioni istoniche diano a queste cellule degenerate un vantaggio di sopravvivenza.

Nel frattempo, sono noti altri tipi di cancro che hanno mutazioni nei vari geni dell'istone e quindi producono proteine ​​dell'istone mutate che non svolgono o svolgono solo scarsamente i loro compiti regolatori. Questi risultati sono attualmente utilizzati per sviluppare forme di terapia per tumori particolarmente maligni e aggressivi.