Гистон H4 — один из пяти основных белков -гистонов, участвующих в структуре хроматина эукариотических клеток. Обладая основным глобулярным доменом и длинным N-концевым хвостом , H4 участвует в структуре нуклеосомы организации «бусинки на нити». Гистоновые белки сильно посттрансляционно модифицируются. Модификации с ковалентной связью включают ацетилирование и метилирование N-концевых хвостов. Эти модификации могут изменить экспрессию генов , расположенных на ДНК, связанной с родительским октамером гистонов. [1] [2] Гистон H4 является важным белком в структуре и функции хроматина, варианты его последовательности и различные состояния модификации, как полагают, играют роль в динамической и долгосрочной регуляции генов.
Гистон H4 кодируется в нескольких генах в разных локусах, включая: HIST1H4A , HIST1H4B , HIST1H4C , HIST1H4D , HIST1H4E , HIST1H4F , HIST1H4G , HIST1H4H , HIST1H4I , HIST1H4J , HIST1H4K , HIST1H4L , HIST2H4A , H. IST2H4B, HIST4H4 .
Гистоновые белки являются одними из наиболее консервативных эукариотических белков. Например, аминокислотная последовательность гистона Н4 гороха и коровы различается только в 2 из 102 позиций. Эта эволюционная консервативность предполагает, что функции белков-гистонов затрагивают почти все их аминокислоты, поэтому любые изменения губительны для клетки. Большинство изменений в последовательностях гистонов летальны; те немногие, которые не являются смертельными, вызывают изменения в характере экспрессии генов, а также другие аномалии. [3]
Гистон H4 представляет собой белок, содержащий от 102 до 135 аминокислот, который имеет общий структурный мотив , известный как складка гистона , образованный из трех a-спиралей, соединенных двумя петлями. Гистоновые белки H3 и H4 связываются с образованием димера H3-H4, два из этих димеров H3-H4 объединяются, образуя тетрамер . Этот тетрамер далее соединяется с двумя димерами H2a-H2b, образуя компактное ядро октамера гистонов . [3]
Гистон H4 — один из самых медленно развивающихся белков. Существуют гены H4, которые конститутивно экспрессируются на протяжении всего клеточного цикла и кодируют белки, последовательность которых идентична основному H4. [4] Варианты человеческого гистона H4 были обнаружены совсем недавно и очень редки. [5] [6] [7]
Патогенные миссенс-варианты de novo были идентифицированы в шести генах H4 ( HIST1H4C , HIST1H4D , HIST1H4E , HIST1H4F , HIST1H4I , HIST1H4J ) всего у 33 человек, у всех наблюдались особенности нейроразвития в виде умственной отсталости и двигательной и/или грубой задержки развития, но с вариабельными неневрологические особенности. Были затронуты десять аминокислот, шесть из которых обнаруживались повторно. Эти мутации были расположены либо в основном глобулярном домене H4 (участвующем в белок-белковом взаимодействии), либо в С-концевом хвосте (участвующем в посттрансляционной модификации). [5] [6] [7]
Пептид остеогенного роста (OGP) представляет собой пептид из 14 аминокислот, полученный в результате альтернативной трансляции мРНК гистона H4, имеющий общую С-концевую последовательность ALKRQGRTLYGFGG
гистона H4. Трансляция инициируется с 85-й аминокислоты мРНК гистона H4, в результате чего образуется пептид из 19 аминокислот (preOGP). Он превращается в OGP путем расщепления 5 аминоконцевых остатков. [8] Он содержится в кровообращении человека и крыс, а также в регенерирующем костном мозге. В сыворотке крови он связывается с α2М вместе с двумя другими связывающими белками, которые четко не идентифицированы. Специфический рецептор не идентифицирован, но установлены некоторые сигнальные пути, участвующие в его функции регенерации кости. [9]
Эукариотические организмы могут производить небольшое количество специализированных вариантов коровых гистонов, отличающихся по аминокислотной последовательности от основных. Эти варианты с различными ковалентными модификациями на N-конце могут быть добавлены к гистонам, что делает возможным создание различных структур хроматина, необходимых для функционирования ДНК у высших эукариот. Потенциальные модификации включают метилирование (моно-, ди- или триметилирование) или ацетилирование хвостов. [3]
Метилирование гистонов происходит по аминокислотным остаткам аргинина, лизина и гистидина. Моно-, ди- или триметилирование было обнаружено на гистонах H2A, H3 и H4. [10] Метилирование гистонов связано с различными клеточными функциями, такими как транскрипция, репликация ДНК и реакция на повреждение ДНК, включая восстановление, образование гетерохроматина и перепрограммирование соматических клеток. Среди этих биологических функций наиболее изученными являются репрессия и активация транскрипции. [10] Исследования показали, что метилирование H4R3 с помощью PRMT1 (метилтрансферазы гистонов), по-видимому, важно in vivo для создания или поддержания широкого спектра «активных» модификаций хроматина. Также метилирования гистона H4 с помощью PRMT1 было достаточно, чтобы обеспечить последующее ацетилирование N-концевого хвоста. Однако ацетилирование H4 ингибирует его метилирование PRMT1. [11]
Считается, что ацетилирование гистонов расслабляет конденсированный гетерохроматин, поскольку отрицательный заряд ацетильных групп может отталкивать заряды фосфатного остова ДНК, тем самым снижая аффинность связывания гистонов с ДНК. Эта гипотеза была подтверждена открытием активности гистон-ацетилтрансферазы (HAT) нескольких комплексов активаторов транскрипции. [10] Ацетилирование гистонов влияет на структуру хроматина несколькими способами. Во-первых, он может обеспечить метку для связывания белков, содержащих участки, распознающие ацетилированные хвосты. Во-вторых, он может блокировать функцию ремоделаторов хроматина. [12] В-третьих, он нейтрализует положительный заряд лизинов. [12] Ацетилирование гистона H4 по лизину 16 ( H4K16ac ) особенно важно для структуры и функции хроматина у различных эукариот и катализируется специфическими гистон-лизин-ацетилтрансферазами (HAT). H4K16 особенно интересен, поскольку это единственный ацетилируемый участок N-концевого хвоста H4, который может влиять на формирование компактной структуры хроматина более высокого порядка. [12] Гипоацетилирование H4K16, по-видимому, вызывает задержку рекрутирования белков репарации ДНК в места повреждения ДНК на мышиной модели синдрома преждевременного старения Хатчинсона- Гилфорда . [13] H4K16Ac также играет роль в активации транскрипции и поддержании эухроматина . [14] Дополнительные ацетилирования включают K31ac и K79ac. [15]
H4S1p
H4K16adp
H4K31ac
H4S47o-p
H4K79ac
Х4К91уб [16]