Histony i ich rola w ekspresji genów
W świecie biologii molekularnej DNA jest niczym kod źródłowy życia, zawierający instrukcje niezbędne do budowy i funkcjonowania organizmu. Te instrukcje zapisane są w genach, niczym odcinkach kodu odpowiedzialnych za określone cechy i funkcje. Aby jednak te instrukcje mogły zostać odczytane i zrealizowane, potrzebna jest odpowiednia struktura i organizacja DNA w jądrze komórkowym. Tu właśnie na scenę wkraczają histony – białka odgrywające kluczową rolę w ekspresji genów. Sprawdź, co warto wiedzieć na ten temat.
Histony – co to takiego?
Histony to białka obecne w chromosomach, które są związane z DNA. Podobnie jak genotypLink otwiera się w nowej karcie są one istotnym zagadnieniem w dziedzinie nauki zwanej genetyką. Wyróżniamy kilka rodzajów histonów, takich jak H2A, H2B, H3, H4 i H1. Te białka tworzą struktury zwane nukleosomami, które składają się z DNA nawiniętego na globularne domeny histonowe. Histony mają właściwości zasadowe ze względu na obecność argininy i lizyny. Ogon histonu, zwany motywem N-końcowym, często podlega modyfikacjom potranslacyjnym.
Ponadto histony łączą się z kwasem deoksyrybonukleinowym (DNA), tworząc kompleks nukleosomowy, czyli podstawową jednostkę strukturalną chromatyny. Każdy nukleosom składa się z około 146 par zasad DNA oplecionych wokół oktetu histonowego, który składa się z ośmiu cząsteczek histonów.
Sprawdź również, czym jest mioglobina - jakie ma funkcje i znaczenie?Link otwiera się w nowej karcie
Jakie funkcje pełnią histony?
Histony pełnią wiele istotnych funkcji w ekspresji genów. Posiadają one dużą ilość reszt lizynowych, które są obdarzone ładunkiem dodatnim. Dzięki temu histony silnie wiążą się z cząsteczkami DNA, stabilizując strukturę chromatyny. Przyłączenie grup acetylowych do histonów powoduje ich neutralizację i prowadzi do rozluźnienia chromatyny, co umożliwia czynnikom transkrypcyjnym dostęp do DNA. Innymi słowy, histony wpływają na stopień “upakowania” DNA i jego dostępność w procesie transkrypcji.
Histony odgrywają również istotną rolę w kontrolowaniu kodowania genów. To właśnie one decydują, czy dana cecha u konkretnego organizmu zostanie wyrażona. Zapewniają one różnorodność genetyczną w obrębie jednego organizmu, co ma kluczowe znaczenie dla ewolucji i adaptacji do środowiska.
Dowiedz się więcej na temat chorób jednogenowychLink otwiera się w nowej karcie.
Znaczenie histonów w medycynie
Badania naukowe sugerują, że histony mają duże znaczenie w rozwoju poważnych chorób. Przykładowo, niektóre nowotwory można powiązać z problemami w acetylacji histonów, czyli dołączaniu grup acetylowych do histonów. Modyfikacje histonów mogą wpływać na aktywność genów związanych z procesem nowotworzenia. Dlatego też, badania nad modyfikacjami histonów mogą prowadzić do opracowania nowych terapii przeciwnowotworowych.
Histony są również badane w kontekście epigenetyki, czyli dziedziczenia zmian w ekspresji genów, które nie są spowodowane zmianami w sekwencji DNA. Modyfikacje histonów mogą wpływać na ekspresję genów w sposób odwracalny, co otwiera możliwość modyfikacji genetycznej w celu leczenia różnych chorób.
Histony są kluczowymi elementami regulacji ekspresji genów, odgrywając istotną rolę w wielu procesach biologicznych, takich jak:
Rozwój płodowy – histony regulują ekspresję genów niezbędnych do prawidłowego rozwoju embrionu i płodu;
Różnicowanie komórek – histony kontrolują ekspresję genów odpowiedzialnych za różnicowanie komórek i ich specyficzne funkcje;
Odpowiedź immunologiczna – histony regulują ekspresję genów kodujących białka zaangażowane w odpowiedź immunologiczną.
Nowotwory: Mutacje w genach kodujących histony lub modyfikacje histonów mogą prowadzić do rozwoju nowotworów.
Zagadnienie to ma również znaczenie w kontekście nutrigenetyka, czyli dziedziny nauki, która bada powiązania między genami (genotypem), dietą i ekspresją genów. W tym kontekście histony odgrywają kluczową rolę jako swoiści regulatorzy dostępu do informacji genetycznej i jej wykorzystania.
Rola histonów w ekspresji genów
Rola histonów w ekspresji genów obejmuje przede wszystkim:
Pakowanie DNA – histony pełnią funkcję opakowania i kondensacji DNA wewnątrz jądra komórkowego. Ich obecność pozwala na skompresowanie długiego łańcucha DNA i utworzenie struktury zwanej chromatyną, co umożliwia jego uporządkowane przechowywanie w komórce;
Regulacja ekspresji genów – Modyfikacje histonów, takie jak acetylacja, metylacja, fosforylacja i ubikwitynacja, wpływają na dostępność DNA dla kompleksów transkrypcyjnych. Na przykład acetylacja histonów prowadzi do otwarcia chromatyny, ułatwiając dostęp do genów dla maszyn transkrypcyjnych, co z kolei zwiększa ekspresję genów. Z kolei metylacja histonów może prowadzić do zablokowania dostępu do genów i zmniejszenia ich ekspresji;
Pamięć epigenetyczna – modyfikacje histonów mogą być dziedziczone przez kolejne pokolenia komórek. Ta "pamięć epigenetyczna" odgrywa istotną rolę w kształtowaniu fenotypu komórek, bez zmian w sekwencji DNA.
Replikacja DNA i naprawa uszkodzeń – histony są również zaangażowane w procesy replikacji DNA i naprawy uszkodzeń DNA. Podczas replikacji histony są rozmnażane wraz z DNA, a po naprawie uszkodzeń histony pomagają przywrócić integralność chromatyny.
Choroby genetyczne – do jakiego lekarza się udać?
Nie ma jednego specjalisty, który kompleksowo zajmowałby się wszystkimi schorzeniami genetycznymi. Choroby o podłożu genetycznym wymagają więc konsultacji ze specjalistą, który specjalizuje się w konkretnym obszarze. Np. osoby dotknięte zespołem noonan będą wymagały leczenia kardiologicznego i endokrynologicznego.
Dbamy o Twoje zdrowie – także poprzez rzetelne informacje. Dlatego artykuły na naszej stronie są tworzone przez zespół specjalistów: lekarzy, fizjoterapeutów, dietetyków oraz doświadczonych redaktorów medycznych.
Nasi eksperci nie tylko dzielą się wiedzą teoretyczną – przekazują też praktyczne wskazówki oparte na swoim doświadczeniu zawodowym. Piszą o tym, co naprawdę ważne dla Twojego zdrowia: od profilaktyki, przez diagnostykę, po metody leczenia.
Stawiamy na przejrzystość, dlatego pod każdym artykułem znajdziesz bibliografię i źródła. W ten sposób wspieramy Cię w podejmowaniu świadomych decyzji dotyczących Twojego zdrowia.
Redakcja NNZobacz artykuły tego autoraPodziel się z innymi
Udostępnij artykuł w social-mediach.
Facebook - Link otwiera się w nowej karcieInstagram - Link otwiera się w nowej karcieTwitter - Link otwiera się w nowej karcieŹródła:
V. Ramakrishnan, Maszyna genów, Wydawnictwo Copernicus Center Press, Toruń 2021.
H. Fletcher, Krótkie wykłady. Genetyka, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2021.
E.A. Ashley, Geny, Wydawnictwo Filia, Poznań 2021.
P. Dobosz, Fakty i mity genetyki nowotworów. Jak im zapobiegać, wcześnie wykrywać i czym jest medycyna personalizowana, Wydawnictwo Filia 2023.
M. Henderson, 50 idei, które powinieneś znać. Genetyka, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2020.
J.C. Carey, Genetyka medyczna, Wydawnictwo Edra Urban&Partner, Wrocław 2021.
Powyższy materiał ma wyłącznie charakter edukacyjno-informacyjny, nie jest poradą lekarską i nie zastępuje konsultacji z lekarzem. Przed zastosowaniem się do wskazówek lub informacji o charakterze specjalistycznym zawartych na stronie zdrowie.nn.pl należy skonsultować ich treść z lekarzem. Zdrowie.nn.pl dokłada najwyższych starań, aby treść publikowanych materiałów była najlepszej jakości, ale nie ponosi odpowiedzialności za ich zastosowanie bez konsultacji z lekarzem.
