ماهي الهستونات ووظائفها

ما هي الهستونات

الهيستونات هي عائلة من البروتينات الأساسية التي ترتبط بالحمض النووي في النواة وتساعد على تكثيفه في الكروماتين ، وهي بروتينات قلوية أي أن الأس الهيدروجيني هو الأساسي ، وتسمح لها الشحنات الإيجابية بالارتباط بالحمض النووي ، وتوجد داخل نواة الخلايا حقيقية النواة ، ويتم تجميع الحمض النووي والهستونات معًا ليكونا النيوكليوسوم ، وتشكل النيوكليوسوم حزمة تسمى الكروماتين ، ويشكل كروماتينان كروموسومًا.

وظائف الهستونات

• تتمثل وظائف الهيستون الأساسية في تعبئة الحمض النووي المضغوط والتأثير على تنظيم الكروماتين 
• بدون الهستونات، يصبح الحمض النووي غير الملتحم طويلًا جدًا في الكروموسومات 
• على سبيل المثال، تحتوي كل خلية بشرية على حوالي 1.8 متر من الحمض النووي، ولكن الهستونات التي تعاني من الإصابة تحتوي على حوالي 90 ملم من الكروماتين، والذي يؤدي إلى تكاثر وتكثيف الكروموسومات إلى حوالي 120 ميكرومترًاً 
• نظرًا لأن الحمض النووي يلتف حول الهيستونات، فإنها تلعب دورًا مهمًا في تنظيم الكروماتين وفي تنظيم التعبير الجيني 
• تعديل هيستون هو تعديل ما بعد الترجمة لبروتينات الهيستون التي تشمل الميثيلة والفسفرة والأستيلة والانتشار الواسع وSUMOylation 
• تشير الميثيل إلى إضافة مجموعة ميثيل على ركيزة أو استبدال ذرة أو مجموعة بمجموعة ميثيل 
• الفسفرة هي إضافة مجموعة فوسفات إلى جزيء ما.
• يصف الأسيتيل تفاعلًا يُضاف فيه مجموعة وظيفية أسيتيل إلى مركب كيميائي 
• يُطلق على عملية إضافة اليوبيكويتين إلى بروتين الركيزة اسم التواجد الشامل.
•  يشارك تعديل SUMOylation في عدة عمليات خلوية مختلفة، مثل النقل الخلوي النووي، وتنظيم النسخ، وموت الخلايا المبرمج، واستقرار البروتين، والاستجابة للإجهاد، والتقدم خلال دورة الخلية 
• يمكن أن تؤثر التعديلات البوست ترانسلايشنية المصنوعة للهيستونات على التعبير الجيني، عن طريق تغيير بنية الكروماتين أو استدعاء معدِّلات هيستون 
• تعمل بروتينات هيستون على تجميع الحمض النووي حول الهستونات الثمانية، لتشكيل الكروموسومات.
• توفر Creative Diagnostics بروتينات وأجسام مضادة ومجموعات إليزا ذات جودة عالية تتعلق بالهيستونات 
• يتم إجراء هذه التعديلات باستخدام العديد من عوامل النسخ الأخرى، مثل HATs وSirtuins وHDM وHDAC وHMTs، حيث يمكن أن يؤدي دورهم إما إلى تنشيط أو إسكات الجين المقابل.

أنواع الهستونات

• هناك خمس عائلات من الهيستونات (H1 إلى H5)، حيث H2A وH2B وH3 وH4 هي الهيستونات الأساسية، وH1 وH5 هما هيستونات الرابط.
• تشكل الهستونات الأساسية مركز النواة، ومن هنا جاء مصطلح `اللب`، وتم العثور على الهستونات الرابطة عند مدخل ومخرج النواة، وتثبت الحمض النووي في مكانه، ومن هنا جاء مصطلح `الرابط`.
• سيتم لف خيط من الحمض النووي حول الهستونات الأساسية 1.65 مرة.
• تسمح التفاعلات بين النواة بتشكيل هياكل ذات ترتيب أعلى 
• يمكن لهذه الهياكل ذات الترتيب الأعلى تكثيف الكروماتين إلى النقطة التي تتشكل فيها الكروموسومات 
• تتواجد الكروموسومات في النواة وتحتوي على الجينات 
• الشكل المألوف للكروموسوم هو شكل X. 
• إن الهستونات هي التي تجعل هذا الإطار المألوف ممكنًا.

هيكل نووي محدد

• الهستونات تشكل dimers و tetramers، حيث يتألف الـ dimers من اثنين من الهستونات، والـ tetramers من أربعة هستونات 
• كل نواة تحتوي على زوجي ثنائيات متطابقة، والتي تتألف كل منها من هستون H2A و H2B، وهي ما يسمى بثنائية H2A-H2B 
• يحتوي كل نيوكليوسوم أيضًا على رباعي يتكون من اثنين من هيستون H3 واثنين من هستونات H4، ويسمى هذا الرباعي H3-H4 
• تشكل الهيستونات الفردية والحمض النووي جسيما نوويا.

ما هو الكروماتين 

الكروماتين هو مركب من الحمض النووي والبروتينات، والذي يشكل الكروموسومات داخل نواة الخلية الحقيقية، ولا يظهر الحمض النووي في شكله الخطي الحر، لأنه مكثف للغاية وملفوف حول البروتينات النووية لتناسب حجم النواة. ويأتي الكروماتين على شكلين: الأول هو الـ euchromatin وهو أقل تكثيفا ويمكن نسخه، والثاني هو الـ heterochromatin وهو مكثف جدا وعادة ما لا يمكن نسخه

تحت المجهر، يشبه الكروماتين حبيبات على خيط وتسمى النيوكليوسومات، ويتكون كل نيوكليوسوم من دنا ملفوف حول ثمانية بروتينات تسمى الهستونات. ثم يتم لف النيوكليوسومات في دوامة بحجم 30 نانومترا، وتسمى الملف اللولبي. تدعم بروتينات الهيستون الإضافية بنية الكروماتين، وأثناء الانقسام الخلوي، تظهر بنية الكروماتين والكروموسومات تحت المجهر الضوئي، وتتغير في الشكل مع تكرار الحمض النووي وفصله في الخليتين.

ما هي النيوكليوسومات

النيوكليوسوم هو الجزء الأساسي الذي يحتوي على الحمض النووي، ويتألف من قطعة صغيرة من الحمض النووي المنسوج حول ثمانية لبات من بروتينات الهيستون، ويحتوي على ذيول بروتينات الهيستون التي يمكن تعديلها باستخدام العديد من الأنواع المختلفة من الإنزيمات اللاجينية مثل هيستون أسيتيل ترانسفيرازات والميثيل ترانسفيرازات و PARPs. وتحدث تعديلات محددة جدا على النواحي المختلفة للنيوكليوسوم، مثل ثلاثي ميثيلات للايسين في الموضع 27 من هيستون H3 باستخدام EZH2. وترتبط النيوكليوسومات ببعضها البعض باستخدام بروتينات الهيستون المرتبطة بها، مثل H1/H5 لتشكيل سلسلة تشبه حبة من النيوكليوسومات، وهي التي تشكل الكروموسومات

وظيفة النيوكليوسوم 

يخدم النيوكليوسوم ثلاث وظائف أساسية ، وهم :

أولاً: يحقق المستوى الأول من الضغط الجينومي تنظيما لـ 200 زوج من الحمض النووي 

ثانيًا: يعمل النواة كمركز للإشارات المتعلقة بعمليات الكروماتين، من خلال توفير هيكل داعم لربط إنزيمات الكروماتين وعرض مجموعة من التعديلات اللاحقة للترجمة. تسهم هذه المجموعة من التعديلات أيضا في تفعيل إنزيمات الكروماتين وتنظيم الاستقرار النووي والتشدد الكروماتيني

ثالثًا: يمكن للنيوكليوسوم أن يتجمع بشكل ذاتي في هياكل كروماتين عالية المستوى، مما يسمح بضغط أكبر على الجينوم. يتكون المستوى الأول من الضغط العالي من ألياف الكروماتين التي يبلغ قطرها 30 نانومتر. تم تطوير العديد من النماذج لهذه الهياكل بناء على البيانات التجريبية باستخدام تقنية المجهر الإلكتروني المبرد (cryo-EM) وعلم تشكيل البلورات باستخدام الأشعة السينية

 البروتينات الغير هستونية 

البروتينات غير الهيستونية في الكروماتين هي مجموعة متنوعة من البروتينات التي تعمل في نواة الخلية كجزء من مجمعات كبيرة متعددة الوحدات، وتلعب أدوارا مهمة في تنظيم العديد من العمليات مثل إعادة تشكيل الجسيمات النووية وتكرار الحمض النووي وتخليق ومعالجة الحمض النووي الريبي والنقل النووي وإفراز الهرمونات الستيرويدية والانتقال بين المراحل والانشطا.

تتضمن المجموعة بروتينات تنظم تجميع الكروماتين، مثل SWI/SNF، وبروتينات تنظم تجميع المعززات والنسخ، مثل بروتينات المجموعة A عالية الحركة، وتعديل البروتينات، مثل هيستون أسيتيل، ديستي لاز وميثيل، وبروتينات تساعد على تكثيف الكروموسومات، مثل توبويزوميراز II والعديد من البروتينات الأخرى المشاركة بشكل عام في إنشاء مجالات الكروماتين الوظيفية والديناميكية.