Histon H1 je jedna od pet glavnih porodica histonskihproteina koje su komponente hromatina u eukariotskim ćelijama. Iako visoko konzerviran, on je ipak najvarijabilniji histon u sekvenci među vrstama.
Struktura
Kod Metazoa H1 proteini imaju centralni globulastii domen "krilati heliksa" i duge C- i kratke N-terminalne repove. H1 je uključen u pakovanje podstruktura "perle na niti" u strukturu visokog reda, čiji detalji još nisu riješeni.[1] H1 pronađen u protistima i bakterijama, inače poznati kao nukleoproteini HC1 i HC2 (PfamPF07432, PF07382), nemaju centralni domen i N-terminalni rep.[2]
H1 je manje konzerviran od jezgarnih histona. Globulasti domen je najkonzerviraniji dio H1.[3]
Funkcija
Za razliku od ostalih histona, H1 ne čini nukleosomno "zrnce". Umjesto toga, sjedi na vrhu strukture, držeći na mjestu DNK koja je omotana oko nukleosoma. H1 je prisutan u polovičnoj količini od ostala četiri histona, koji doprinose po dvije molekule svakoj kuglici nukleosoma. Osim vezivanja za nukleosom, protein H1 se vezuje za "linker DNK" (dužine približno 20-80 nukleotida) područje između nukleosoma, pomažući u stabilizaciji cik-cak hromatinskog vlakna od 30 nm.[4] Mnogo je naučeno o histonu H1 iz studija na pročišćenim hromatinskim vlaknima. Ionska ekstrakcija linkerskih histona iz nativnog ili rekonstituiranog hromatina pospješuje njegovo odvijanje u hipotonskim uvjetima od vlakana širine 30 nm do nukleosomskih nizova kuglica na niti.[5][6][7]
Neizvjesno je da li H1 promovira solenoidnohromatinskovlakno, u kojem je izložena linkerska DNK skraćena, ili samo promovira promjenu ugla susjednih nukleosoma, bez uticaja na dužinu linkera[8] Međutim, pokazalo se da povezujući histoni pokreću zbijanje kromatinskih vlakana koja su rekonstituirana in vitro korištenjem sintetskih sekvenci DNK jakog elementa za pozicioniranje '601' nukleosoma.[9] Eksperimenti sa varenjem nukleaza i otiskom DNK sugeriraju da se globulastii domen histona H1 lokalizira u blizini nukleosomske dijade, gdje štiti otprilike 15-30 baznih parova dodatne DNK.[10][11][12][13] Osim toga, eksperimenti na rekonstituiranom hromatinu otkrivaju karakterističan motiv drške na dijadi u prisustvu H1.[14] Uprkos prazninama u razumijevanju, pojavio se opći model u kojem globulasti domen H1 zatvara nukleosom, umrežavanjem dolazne i odlazeće DNK, dok se rep veže za linker DNK i neutralizira njegov negativni naboj.[8][12]
Mnogi eksperimenti koji se bave funkcijom H1 izvedeni su na pročišćenom, obrađenom hromatinu u uslovima niske količine soli, ali uloga H1 in vivo je manje sigurna. Ćelijske studije su pokazale da prekomjerna ekspresija H1 može uzrokovati aberantnu jedarnu morfologiju i strukturu hromatina, te da H1 može poslužiti i kao pozitivan i negativan regulator transkripcije, ovisno o genu.[15][16][17] U ekstraktima jaja žaba roda Xenopus, smanjenje histonskih linkera uzrokuje ~2-struko produženje mitotskih hromosoma, dok prekomjerna ekspresija uzrokuje hiperkompaktaciju hromosoma u neodvojivu masu.[18][19] Potpuni nokaut H1 in vivo nije postignut u višećelijskim organizmima, zbog postojanja više izoformi koje mogu biti prisutne u nekoliko klastera gena, ali različite izoforme histonskih linkera su iscrpljene u različitom stepenu u Tetrahymena, C. elegans, Arabidopsis thaliana, voćnim mušicama i miševima, što rezultira različitim defektima specifičnim za organizam u jedarnoj morfologiji, strukturi hromatina, metilacijama DNK i/ili specifičnoj ekspresiji gena.[20][21][22]
Dinamika
Dok je većina histona H1 u jedru vezana za hromatin, molekule H1 prelaze između regiona hromatina prilično velikom brzinom.[23][24]
Teško je razumjeti kako bi takav dinamički protein mogao biti strukturna komponenta hromatina, ali se sugerira da ravnoteža u stabilnom stanju unutar jedra još uvijek snažno favorizira povezanost između H1 i hromatina, što znači da unatoč njegovoj dinamici, velika većina od H1 u bilo kojoj vremenskoj tački je vezana hromatin.[25] H1 sabija i stabilizuje DNK pod silom i tokom sastavljanja hromatina, što sugeriše da dinamičko vezivanje H1 može pružiti zaštitu DNK u situacijama kada je potrebno ukloniti nukleosome.[26]
Čini se da su citoplazmatski faktori neophodni za dinamičku razmjenu histona H1 na hromatinu, ali oni tek trebaju biti posebno identificirani.[27] Dinamika H1 može biti u određenoj mjeri posredovana O-glikozilacijama i fosforilacijama. O-glikozilacija H1 može podstaknuti kondenzaciju i zbijanje hromatina. Pokazalo se da fosforilacija tokom interfaze smanjuje afinitet H1 za hromatin i može promovirati dekondenzaciju hromatina i aktivnu transkripciju. Međutim, pokazalo se da fosforilacija tokom mitoza povećava afinitet H1 za hromosome i stoga podstiče kondenzaciju mitotskih hromosoma.[19]
Porodica H1 kod životinja uključuje više H1 izoformi koje se mogu eksprimirati u različitim ili preklapajućim tkivima i razvojnim fazama unutar jednog organizma. Razlog za ove višestruke izoforme ostaje nejasan, ali i njihovo evolucijsko konzerviranje od morskog ježa do čovjeka, kao i značajne razlike u njihovim aminokiselinskim sekvencama sugeriraju da one nisu funkcionalno ekvivalentne.[3][28][29] Jedna izoforma je histon H5, koji se nalazi samo u ptičjim eritrocitima, koji su za razliku od eritrocita sisara po tome što imaju jedra. Druga izoforma je oocitno/zigotna izoforma H1M (također poznata kao B4 ili H1foo), pronađena u morskim ježevima, žabama, miševima i ljudima, koja je u embrionu zamijenjena somatskim izoformama H1A-E, i H10 koji liči na H5.[3][30][31][32] Uprkos tome što ima više negativnih naboja od somatskih izoformi, H1M se veže sa većim afinitetom za mitotskehromosome u ekstraktima jaja žaba ikz roda Xenopus.[19]
^De S, Brown DT, Lu ZH, Leno GH, Wellman SE, Sittman DB (juni 2002). "Histone H1 variants differentially inhibit DNA replication through an affinity for chromatin mediated by their carboxyl-terminal domains". Gene. 292 (1–2): 173–81. doi:10.1016/S0378-1119(02)00675-3. PMID12119111.
