Histoni so sestavni del celičnih jeder. Njihova prisotnost je značilnost enoceličnih organizmov (bakterije) in večcelični organizmi (ljudje, živali ali rastline). Le malo bakterijskih sevov ima beljakovin ki so podobni histonom. Evolution je ustvaril histone, da bi v celicah višjih organizmov bolje in učinkoviteje prilagodili zelo dolgo verigo DNA, imenovano tudi genski material. Če bi človeški genom razvili, bi bil skupaj približno 1-2 m dolg, odvisno od tega, v kateri celični fazi je celica.
Kaj so histoni?
V bolj razvitih organizmih se histoni nahajajo v jedrih celic in vsebujejo veliko pozitivno nabitih aminokisline (v glavnem lizin in arginin). Histon beljakovin so razdeljeni v pet glavnih skupin - H1, H2A, H2B, H3 in H4. Med različnimi organizmi se aminokislinska zaporedja štirih skupin H2A, H2B, H3 in H4 malo razlikujejo, medtem ko obstaja več razlik za H1, ki povezuje histon. V jedrni rdeči kri celic ptic, H1 celo popolnoma nadomesti druga glavna histonska skupina, imenovana H5. Visoka stopnja podobnosti zaporedja v večini histonov beljakovin pomeni, da se pri večini organizmov "pakiranje" DNK odvija na enak način in nastala tridimenzionalna struktura je enako učinkovita za delovanje histona. Tako se je v toku evolucije razvoj histonov moral zgoditi že zelo zgodaj in ga je treba tako vzdrževati, še preden so se sesalci ali ljudje razvili.
Anatomija in zgradba
Enkrat nova DNK veriga posameznika baze (imenovani nukleotidi) nastane v celici, zato mora biti "zapakirana". V ta namen se histonski proteini dimerizirajo, vsak pa nato tvori dva tetramera. Končno je histonsko jedro sestavljeno iz dveh tetramerov, histonskega oktamerja, okoli katerih se veriga DNA ovije in delno prodre. Tako je histonski oktamer v tridimenzionalni strukturi znotraj zvite verige DNA. Osem histonskih proteinov z DNA okoli njih tvori celoten kompleks nukleosoma. Območje DNA med dvema nukleosomoma se imenuje povezovalna DNA in obsega približno 20-80 nukleotidov. Linker DNA so odgovorne za "vstop" in "izhod" DNA v histonski oktamer. Nukleosom je torej sestavljen iz približno 146 nukleotidov, povezovalnega dela DNA in osmih histonskih proteinov, tako da se 146 nukleotidov 1.65-krat ovije okoli histonskega oktamerja. Nadalje je vsak nukleosom povezan z molekulo H1, tako da vstopna in izstopna mesta DNA drži histon povezovalnega gena, kar povečuje kompaktnost DNA. Nukleosom ima premer približno 10 -30 nm. Nastane veliko nukleosomov kromatin, dolga veriga DNA-histon, ki je pod elektronskim mikroskopom videti kot niz kroglic. Nukleosomi so "kroglice", ki so obdane ali povezane z nizom podobne DNA. Kar nekaj beljakovin, ki niso histonske, podpira nastanek posameznih nukleosomov ali celotnega kromatin, ki končno oblikuje posameznika kromosomi ko se celica deli. kromosomi so največja vrsta kondenzacije kromatin in so vidni s svetlobno mikroskopijo med jedrsko delitvijo celice.
Funkcija in naloge
Kot smo že omenili, so histoni osnovni proteini s pozitivnim nabojem, zato z elektrostatično privlačnostjo komunicirajo z negativno nabito DNA. DNA "ovije" histonske oktamere tako, da postane DNA bolj kompaktna in se prilega jedru vsake celice. V tem procesu ima H1 funkcijo stiskanja nadrejene strukture kromatina in navadno preprečuje transkripcijo in s tem translacijo, torej prevajanje tega dela DNA v beljakovine prek mRNA. Glede na to, ali celica "počiva" (medfazno) ali se deli, je kromatin manj ali bolj kondenziran, tj. Zapakiran. V interfazi so veliki deli kromatina manj kondenzirani in jih je zato mogoče prepisati v mRNA, torej jih prebrati in kasneje prevesti v beljakovine. Tako histoni uravnavajo gen aktivnost posameznih genov v njihovi bližini in omogočajo transkripcijo in tvorbo verig mRNA. Ko celica vstopi v celično delitev, se DNA ne prevede v beljakovine, ampak se enakomerno porazdeli med dve hčerinski celici, ki nastaneta. Zato je kromatin močno kondenziran in dodatno stabiliziran s pomočjo histonov kromosomi postanejo vidni in se lahko s pomočjo številnih drugih nehistonskih proteinov razdelijo v novo nastajajoče celice.
Bolezni
Histoni so bistveni za tvorbo novega živega bitja. Če zaradi mutacij histonskih genov enega ali več histonskih proteinov ne more nastati, ta organizem ni sposoben preživeti in se njegov nadaljnji razvoj prezgodaj zaključi. To je predvsem posledica visoke zaporedne ohranjenosti histonov. Vendar je že nekaj časa znano, da pri otrocih in odraslih z različnimi malignimi boleznimi možganov tumorji se lahko pojavijo mutacije v različnih histonskih genih tumorskih celic. Še posebej pri tako imenovanih gliomi, so opisane mutacije v histonskih genih. V teh tumorjih so bili odkriti tudi podolgovati končni deli kromosomov. Ti, klicani telomerov, končni odseki kromosomov so običajno odgovorni za dolgo življenjsko dobo kromosomov. V tem kontekstu se zdi, da je podolgovat telomerov v tumorjih z histonskimi mutacijami dajo tem degeneriranim celicam prednost preživetja. Medtem pa druge vrste rak znano je, da imajo mutacije v različnih histonskih genih in tako proizvajajo mutirane histonske beljakovine, ki ne opravljajo svojih regulativnih nalog ali pa le slabo. Te ugotovitve se trenutno uporabljajo za razvoj oblik terapija tudi za posebej maligne in agresivne tumorje.
