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Histona H1

La histona H1 es una de las cinco familias principales de proteínas histonas que forman parte de la cromatina de las células eucariotas . Aunque está muy conservada , es la histona más variable en cuanto a secuencia entre especies.

Estructura

Diagrama que muestra dónde se puede encontrar H1 en el nucleosoma.

Las proteínas H1 de los metazoos presentan un dominio central globular de "hélice alada" y colas largas en los extremos C y cortas en los extremos N. La H1 está involucrada en el empaquetamiento de las subestructuras de "cuentas en una cuerda" en una estructura de orden superior, cuyos detalles aún no se han resuelto. [1] La H1 que se encuentra en protistas y bacterias, también conocida como nucleoproteínas HC1 y HC2 ( Pfam PF07432, PF07382), carece del dominio central y de la cola N-terminal. [2]

La H1 está menos conservada que las histonas centrales. El dominio globular es la parte más conservada de la H1. [3]

Función

A diferencia de las otras histonas, la H1 no forma parte de la "perla" del nucleosoma , sino que se encuentra sobre la estructura y mantiene en su lugar el ADN que se ha enrollado alrededor del nucleosoma. La H1 está presente en la mitad de la cantidad de las otras cuatro histonas, que aportan dos moléculas a cada perla del nucleosoma. Además de unirse al nucleosoma, la proteína H1 se une a la región del "ADN de enlace" (de aproximadamente 20 a 80 nucleótidos de longitud) entre los nucleosomas, lo que ayuda a estabilizar la fibra de cromatina en zigzag de 30 nm. [4] Se ha aprendido mucho sobre la histona H1 a partir de estudios sobre fibras de cromatina purificadas . La extracción iónica de histonas de enlace de la cromatina nativa o reconstituida promueve su desdoblamiento en condiciones hipotónicas desde fibras de 30 nm de ancho hasta matrices de nucleosomas con forma de perlas en una cuerda. [5] [6] [7]

No está claro si H1 promueve una fibra de cromatina similar a un solenoide , en la que se acorta el ADN de enlace expuesto, o si simplemente promueve un cambio en el ángulo de los nucleosomas adyacentes, sin afectar la longitud del enlace [8] Sin embargo, se ha demostrado que las histonas de enlace impulsan la compactación de las fibras de cromatina que se habían reconstituido in vitro utilizando matrices de ADN sintético del fuerte elemento de posicionamiento de nucleosomas '601'. [9] La digestión con nucleasas y los experimentos de huella de ADN sugieren que el dominio globular de la histona H1 se localiza cerca de la díada de nucleosomas, donde protege aproximadamente entre 15 y 30 pares de bases de ADN adicional. [10] [11] [12] [13] Además, los experimentos sobre cromatina reconstituida revelan un motivo de tallo característico en la díada en presencia de H1. [14] A pesar de las lagunas en nuestro conocimiento, ha surgido un modelo general en el que el dominio globular de H1 cierra el nucleosoma mediante la reticulación del ADN entrante y saliente, mientras que la cola se une al ADN conector y neutraliza su carga negativa. [8] [12]

Se han realizado muchos experimentos que abordan la función de H1 en cromatina purificada y procesada en condiciones de baja salinidad, pero el papel de H1 in vivo es menos seguro. Los estudios celulares han demostrado que la sobreexpresión de H1 puede causar una morfología nuclear y una estructura de cromatina aberrantes, y que H1 puede servir como regulador positivo y negativo de la transcripción, dependiendo del gen. [15] [16] [17] En extractos de huevos de Xenopus , el agotamiento de la histona enlazadora causa una extensión longitudinal de aproximadamente el doble de los cromosomas mitóticos, mientras que la sobreexpresión hace que los cromosomas se hipercompacten en una masa inseparable. [18] [19] No se ha logrado la eliminación completa de H1 in vivo en organismos multicelulares debido a la existencia de múltiples isoformas que pueden estar presentes en varios grupos de genes, pero varias isoformas de histonas de enlace se han agotado en diversos grados en Tetrahymena , C. elegans, Arabidopsis, mosca de la fruta y ratón, lo que resulta en varios defectos específicos del organismo en la morfología nuclear, la estructura de la cromatina, la metilación del ADN y/o la expresión genética específica. [20] [21] [22]

Dinámica

Si bien la mayor parte de la histona H1 en el núcleo está unida a la cromatina, las moléculas H1 se desplazan entre las regiones de la cromatina a una velocidad bastante alta. [23] [24]

Es difícil entender cómo una proteína tan dinámica podría ser un componente estructural de la cromatina, pero se ha sugerido que el equilibrio en estado estable dentro del núcleo todavía favorece fuertemente la asociación entre H1 y la cromatina, lo que significa que a pesar de su dinámica, la gran mayoría de H1 en cualquier punto de tiempo dado está unida a la cromatina. [25] H1 compacta y estabiliza el ADN bajo fuerza y ​​durante el ensamblaje de la cromatina, lo que sugiere que la unión dinámica de H1 puede brindar protección al ADN en situaciones en las que es necesario eliminar los nucleosomas. [26]

Los factores citoplasmáticos parecen ser necesarios para el intercambio dinámico de la histona H1 en la cromatina, pero aún no se han identificado específicamente. [27] La ​​dinámica de la H1 puede estar mediada en cierto grado por la O-glicosilación y la fosforilación. La O-glicosilación de la H1 puede promover la condensación y compactación de la cromatina. Se ha demostrado que la fosforilación durante la interfase disminuye la afinidad de la H1 por la cromatina y puede promover la descondensación de la cromatina y la transcripción activa. Sin embargo, durante la mitosis se ha demostrado que la fosforilación aumenta la afinidad de la H1 por los cromosomas y, por lo tanto, promueve la condensación de los cromosomas mitóticos. [19]

Isoformas

La familia H1 en animales incluye múltiples isoformas H1 que pueden expresarse en tejidos diferentes o superpuestos y etapas de desarrollo dentro de un solo organismo. La razón de estas múltiples isoformas sigue sin estar clara, pero tanto su conservación evolutiva desde el erizo de mar hasta los humanos como las diferencias significativas en sus secuencias de aminoácidos sugieren que no son funcionalmente equivalentes. [28] [29] [3] Una isoforma es la histona H5 , que solo se encuentra en los eritrocitos aviares , que son diferentes a los eritrocitos de mamíferos en que tienen núcleos . Otra isoforma es la isoforma ovocito/ cigótica H1M (también conocida como B4 o H1foo), que se encuentra en erizos de mar, ranas, ratones y humanos, que es reemplazada en el embrión por las isoformas somáticas H1A-E y H10 que se asemeja a H5. [3] [30] [31] [32] A pesar de tener más cargas negativas que las isoformas somáticas, H1M se une con mayor afinidad a los cromosomas mitóticos en extractos de huevos de Xenopus . [19]

Modificaciones postraduccionales

Al igual que otras histonas, la familia de histonas H1 sufre numerosas modificaciones postraduccionales (PTM, por sus siglas en inglés). Esto incluye la fosforilación de serina y treonina, la acetilación de lisina, la metilación de lisina y la ubiquitinación. [33] Estas PTM cumplen diversas funciones, pero se han estudiado menos que las PTM de otras histonas.

Véase también

Referencias

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