Гистоны

ГИСТОНЫ, белки эукариот, ответственные за упаковку ДНК в клеточном ядре; отличаются высоким содержанием положительно заряженных аминокислотных остатков - лизина и аргинина (до 30% аминокислот молекулы). На долю гистонов приходится основная часть белков хромосом; они формируют структуру хроматина и участвуют в контроле регуляции активности генов. Впервые были выделены из ядер эритроцитов гусей А. Косселем (1884).

Исходя из относительного содержания остатков лизина и аргинина различают пять основных типов гистонов: богатый лизином Н₁ или Н₅ (у животных, имеющих ядерные эритроциты), умеренно богатые лизином Н₂А и Н₂В и богатые аргинином Н₃ и Н₄ (Н - от английского Histon). Все гистоны относятся к числу наиболее консервативных по первичной структуре белков, что свидетельствует о том, что они наилучшим образом приспособлены к выполнению своих функций. Особенно это характерно для гистонов Н₃ и Н₄, аминокислотные последовательности которых одинаковы почти у всех эукариот. Например, первичная структура гистонов Н₄ у таких филогенетически далёких организмов, как горох (проростки) и бык (тимус телёнка), различаются только двумя равнозначными заменами (валина на изолейцин и лизина на аргинин). Наименее консервативный гистон - Н₁. Гистоны  синтезируются в цитоплазме (этот процесс предшествует репликации ДНК), после чего транспортируются в ядро, где связываются с ДНК. Молекулярная масса 11 000-21 000, причём гистоны Н₁ примерно в два раза крупнее остальных. В клетке может присутствовать несколько вариантов гистонов одного и того же типа (кодируются отдельными генами). Они различаются аминокислотными заменами, вставками и делениями как отдельных аминокислот, так и целых фрагментов (доменов) в составе молекулы (последнее особенно характерно для гистонов Н₂А и Н₂В). Гистон  Н₁, например, представлен 1-6 вариантными формами. Замена гистонов на их варианты имеет фундаментальное значение для процессов, происходящих в ядре, в том числе при эмбриогенезе, в процессе дифференцировки клеток и тканей.

На основании структурно-функциональных особенностей гистонов в составе хроматина различают гистоны нуклеосомного кора и линкерные гистоны. Гистоны Н₂А, Н₂В, Н₃ и Н₄, обнаруживаемые в клетке в эквимолярных количествах, образуют группу гистонов нуклеосомного кора. Они участвуют в формировании основной структурной единицы хроматина - нуклеосомы, обеспечивая максимальную компактизацию ДНК при сохранении полного и избирательного доступа к ней. Так, например, линейный размер молекулы ДНК в клетке человека достигает почти двухметровой длины, тогда как диаметр ядра, в котором эта ДНК упакована, не превышает 0,01 мм. В центральных, наиболее консервативных участках молекул гистонов нуклеосомного кора преобладают гидрофобные аминокислоты, необходимые для взаимодействия гистонов между собой (гистоны по парам «узнают» друг друга). В результате образуются гетеродимеры, которые, в свою очередь, формируют октамер, состоящий из тетрамера гистонов Н₃ - Н₄ и двух димеров Н₂А - Н₂В. Вокруг гистонового октамера происходит закручивание сегмента спирали ДНК таким образом, что расположенные на его поверхности аргининовые остатки, обращённые к ДНК, обеспечивают электростатическое взаимодействие с отрицательно заряженными группами ДНК. При этом происходит жёсткая фиксация ДНК (вне зависимости от нуклеотидной последовательности) и образуется универсальная структура нуклеосомы.

К линкерным относятся гистоны Н₁ и Н₅. Они связываются с межнуклеосомными сегментами ДНК (так называемая линкерная ДНК), обеспечивая стягивание нитей ДНК на входе и выходе из нуклеосом. Роль линкерных гистонов состоит в упаковке нуклеосом в структуры более высокого порядка. На две молекулы каждого из гистонов нуклеосомного кора приходится одна молекула линкерного гистона.

Положительно заряженные остатки в молекулах гистонов локализованы преимущественно в N- и С-концевых участках, которые обычно располагаются над поверхностью хроматиновых фибрилл. Эти участки подвергаются многочисленным посттрансляционным модификациям: ацетилированию, фосфорилированию, метилированию, АДФ-риболизированию, связыванию с белком убиквитином и др. Всё это приводит к изменению заряда, гидрофобности и других свойств молекул гистонов. Разнообразный набор модификаций N- и С-концевых доменов гистонов на поверхности нуклеосом составляет часть так называемого гистонового кода. Другим его элементом являются вариантные формы гистонов «Гистоновый код» является основным эпигенетическим механизмом (не затрагивающим информации, записанной в ДНК), который контролирует включение и выключение генов и передачу программы этого контроля от клетки к клетке в процессе их деления (митоза).

В нуклеоидах бактерий присутствуют белки, сходные с эукариотическими гистонами (гистоноподобные белки). Они способны конденсировать ДНК, но ничего похожего на нуклеосомы не образуют.

Лит.: Wu R. S., Panusz Н. Т., Hatch С. L., Bonner W. М. Histories and their modifications // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 1986. Vol. 20. № 2; Льюин Б. Гены. М., 1987. Гл. 23, 29.