היסטונים

היסטונים הם חלק מגרעיני התא. נוכחותם היא מאפיין המבדיל בין אורגניזמים חד-תאיים (חיידקים) לבין אורגניזמים רב-תאיים (בני אדם, בעלי חיים או צמחים). למעט מאוד זני חיידקים יש חלבונים הדומים להיסטונים. האבולוציה ייצרה היסטונים על מנת להכיל את שרשרת ה- DNA הארוכה מאוד, הידועה גם כחומר גנטי, בצורה טובה יותר ויעילה יותר בתאי היצורים החיים הגבוהים יותר. מכיוון שאם הגנום האנושי היה מנוטרל, הוא היה באורך של כ 1-2 מ ', תלוי בשלב התא בו נמצא התא.

מהם היסטונים?

בדברים חיים מפותחים יותר, היסטונים מופיעים בגרעיני התא ויש להם אחוז גבוה של חומצות אמינו טעונות חיובית (במיוחד ליזין וארגינין). חלבוני היסטון מחולקים לחמש קבוצות עיקריות - H1, H2A, H2B, H3 ו- H4. רצפי חומצות האמינו מארבע הקבוצות H2A, H2B, H3 ו- H4 כמעט ולא נבדלים בין יצורים חיים שונים, בעוד שיש הבדלים רבים יותר ל- H1, היסטון מקשר. במקרה של תאי הדם האדומים המכילים גרעינים של ציפורים, H1 אפילו הוחלף לחלוטין על ידי קבוצת היסטונים עיקרית אחרת, המכונה H5.

הדמיון הגדול של הרצפים ברוב חלבוני ההיסטון פירושו שברוב האורגניזמים ה"אריזה "של ה- DNA מתרחשת באותה צורה והמבנה התלת ממדי המתקבל יעיל באותה מידה לתפקוד ההיסטונים. במהלך האבולוציה, התפתחות ההיסטונים כנראה קרתה מאוד מוקדם, ודאי נשמרה עוד לפני שהגיחו יונקים או בני אדם.

אנטומיה ומבנה

ברגע שנוצרת שרשרת DNA חדשה מבסיסים בודדים (המכונים נוקלאוטידים) בתא, עליה "לארוז". למטרה זו, חלבוני ההיסטון מתעבים, אשר כל אחד מהם יוצר שני טטראמרים. לבסוף, גרעין היסטון מורכב משני טטראמרים, אוקטמר היסטון, שסביבו חוט ה DNA מתעטף וחודר אליו חלקית. אוקטמר ההיסטון נמצא אפוא במבנה התלת ממדי בתוך גדיל ה- DNA המעוות.

שמונת חלבוני ההיסטון עם ה- DNA סביבם יוצרים את כל המתחם של גרעין. אזור ה- DNA בין שני נוקלאוזומים נקרא קישור מקדם DNA והוא כולל כ 20-80 נוקליאוטידים. ה- DNA המקשר אחראי ל"כניסה ל- DNA "ל"השארה" של אוקטמר ההיסטון. אם כן, נוקלאוזום מורכב מכ- 146 נוקליאוטידים, חלק DNA מקשר ושמונה חלבוני היסטון, כך ש- 146 נוקליאוטידים מתעטפים פי 1.65 סביב אוקטמר היסטון.

יתר על כן, כל נוקלאוזום קשור למולקולת H1, כך שנקודות הכניסה והיציאה של ה- DNA מוחזקות זו בזו על ידי ההיסטון המקשר והקומפקטיות של ה- DNA עולה. גרעין נוקלאוזום בקוטר 10-30 ננומטר. נוקלאוזומים רבים יוצרים כרומטין, שרשרת ארוכה של DNA-היסטון הנראית כמו מחרוזת פנינים תחת מיקרוסקופ האלקטרונים. הגרעין הוא "הפנינים" שמוקפים או מחוברים על ידי ה- DNA דמוי המיתר.

מספר חלבונים שאינם היסטון תומכים ביצירת הגרעינים האישיים או זה של הכרומטין כולו, אשר מהווה בסופו של דבר את הכרומוזומים הבודדים כאשר התא אמור להתחלק. הכרומוזומים הם הסוג המרבי של הדחיסה של הכרומטין וניתן לזהותם באמצעות מיקרוסקופיית אור במהלך חלוקת הגרעין של התא.

פונקציה ומשימות

כאמור, היסטונים הם חלבונים בסיסיים עם מטען חיובי, ולכן הם מתקשרים עם ה- DNA הטעון שלילי באמצעות משיכה אלקטרוסטטית. ה- DNA "עוטף" סביב אוקטמרים היסטון כך שה- DNA הופך להיות קומפקטי יותר ומתאים לגרעין של כל תא. ל- H1 יש תפקיד של דחיסת מבנה הכרומטין ברמה הגבוהה יותר ומונע לרוב תעתיק ובכך תרגום, כלומר תרגום של חלק DNA זה לחלבונים דרך mRNA.

תלוי אם התא "נח" (שלב) או מתחלק, הכרומטין מעובה פחות או יותר, כלומר ארוז. בממשק, חלקים גדולים מהכרומטין פחות מעובדים ולכן ניתן לתמלל אותם ל- mRNA, כלומר לקרוא ולהתרגם בהמשך לחלבונים. היסטונים מווסתים את פעילות הגנים של גנים בודדים בסביבתם ומאפשרים שעתוק ויצירת גדילי mRNA.

כאשר תא מתחיל להתחלק, ה- DNA לא מתורגם לחלבונים, אלא מופץ באופן שווה בין שני תאי הבת הנוצרים. לכן הכרומטין מעובה חזק ומייצב בנוסף על ידי ההיסטונים. הכרומוזומים נעשים גלויים וניתן לחלקם לתאים החדשים המתהווים בעזרת הרבה חלבונים אחרים שאינם היסטון.

מחלות

היסטונים חיוניים ביצירת יצור חי חדש. אם בשל מוטציות בגני ההיסטון, לא ניתן ליצור אחד או יותר מחלבוני ההיסטון, אורגניזם זה אינו בר-קיימא ופיתוח נוסף נעצר בטרם עת. זה בעיקר בגלל השימור ברצף הגבוה של היסטונים.

עם זאת, ידוע זה זמן כי אצל ילדים ומבוגרים עם גידולים מוחיים ממאירים שונים יכולים להופיע מוטציות בגני ההיסטון השונים של תאי הגידול. מוטציות בגני ההיסטון תוארו מעל לכול בגליומות. בגידולים אלה התגלו גם זנבות כרומוזומים מאורכים. קטעי קצה אלה של הכרומוזומים, המכונים טלומרים, אחראים בדרך כלל לאורך החיים של הכרומוזומים. בהקשר זה נראה כי הטלומרים המוארכים בגידולים עם מוטציות היסטון מעניקים לתאים המנווונים הללו יתרון הישרדותי.

בינתיים ידועים סוגים אחרים של סרטן שיש להם מוטציות בגני ההיסטון השונים ובכך מייצרים חלבוני היסטון שעברו מוטציה שאינם מבצעים אך ורק בצורה לא טובה את משימות הוויסות שלהם. ממצאים אלה משמשים כיום לפיתוח צורות טיפול בגידולים ממאירים ואגרסיביים במיוחד.