Histone octamer
મોલેક્યુલર બાયોલોજીમાં, હિસ્ટોન ઓક્ટામર એ આઠ પ્રોટીન સંકુલ છે જે ન્યુક્લિયોસોમ કોર કણોના કેન્દ્રમાં જોવા મળે છે. તેમાં ચાર મુખ્ય હિસ્ટોન પ્રોટીન (H2A, H2B, H3 અને H4) માંથી દરેકની બે નકલો હોય છે. જ્યારે H3ની બે નકલો અને H4ની બે નકલો ધરાવતું ટેટ્રામર બે H2A/H2B ડાયમર સાથે સંકુલ બને છે ત્યારે ઓક્ટામર ભેગા થાય છે. દરેક હિસ્ટોનમાં એન-ટર્મિનલ પૂંછડી અને સી-ટર્મિનલ હિસ્ટોન-ફોલ્ડ બંને હોય છે. આ દરેક મુખ્ય ઘટકો હાઇડ્રોજન બોન્ડ્સ અને સોલ્ટ બ્રિજીસ સહિત નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની શ્રેણી દ્વારા ડીએનએ સાથે તેની પોતાની રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ડીએનએ અને હિસ્ટોન ઓક્ટેમરને ઢીલી રીતે સંકળાયેલી રાખે છે, અને આખરે બંનેને ફરીથી સ્થાન આપવા અથવા સંપૂર્ણપણે અલગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. સંશોધનનો ઇતિહાસ અનુવાદ પછીના ફેરફારોને સૌપ્રથમ 1964માં આર. એન. એ. ના સંશ્લેષણ પર સંભવિત નિયમનકારી ભૂમિકા તરીકે ઓળખવામાં આવ્યા હતા અને સૂચિબદ્ધ કરવામાં આવ્યા હતા. ત્યારથી, કેટલાક દાયકાઓમાં, ક્રોમેટિન સિદ્ધાંત વિકસિત થયો છે. ક્રોમેટિન સબયૂનિટ નમૂનાઓ તેમજ ન્યુક્લિયોસોમની કલ્પનાની સ્થાપના અનુક્રમે 1973 અને 1974માં કરવામાં આવી હતી. રિચમન્ડ અને તેમનું સંશોધન જૂથ 1984 માં 7 Å ના રિઝોલ્યુશન પર તેની આસપાસ લપેટેલા ડીએનએ સાથે હિસ્ટોન ઓક્ટેમરની સ્ફટિક રચનાને સ્પષ્ટ કરવામાં સક્ષમ છે. ઓક્ટામેરિક કોર કોમ્પ્લેક્સની રચનાની સાત વર્ષ પછી સમીક્ષા કરવામાં આવી હતી અને મીઠાની ઊંચી સાંદ્રતા પર તેના સ્ફટિક માટે 3.1 Å નું રિઝોલ્યુશન સ્પષ્ટ કરવામાં આવ્યું હતું. કોર હિસ્ટોન્સ વચ્ચે અનુક્રમ સમાનતા ઓછી હોવા છતાં, ચારમાંથી દરેકમાં પુનરાવર્તિત તત્વ હોય છે જેમાં હેલિક્સ-લૂપ-હેલિક્સ હોય છે જેને હિસ્ટોન ફોલ્ડ મોટિફ કહેવાય છે. વધુમાં, પ્રોટીન-પ્રોટીન અને પ્રોટીન-ડીએનએ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની વિગતો 2000 ના દાયકામાં અનુક્રમે 2.8 અને 1.9 એ. પર એક્સ-રે ક્રિસ્ટલોગ્રાફી અભ્યાસો દ્વારા સારી રીતે ગોઠવવામાં આવી હતી. પરમાણુ વિગતોમાં હિસ્ટોન ઓક્ટામર કોર હિસ્ટોન એ ચાર પ્રોટીન છે જેને H2A, H2B, H3 અને H4 કહેવાય છે અને તે બધા કોષમાં સમાન ભાગોમાં જોવા મળે છે. તમામ ચાર કોર હિસ્ટોન એમિનો એસિડ સિક્વન્સમાં 20 થી 24 ટકા લિસિન અને આર્જિનિન હોય છે અને તેનું કદ અથવા પ્રોટીન 11400 થી 15400 ડાલ્ટનની વચ્ચે હોય છે, જે તેમને પ્રમાણમાં નાના, છતાં અત્યંત હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા પ્રોટીન બનાવે છે. હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ એમિનો એસિડની ઉચ્ચ સામગ્રી તેમને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ડીએનએ સાથે નજીકથી જોડાવા દે છે. હેટરોડીમર્સ, અથવા હિસ્ટોન-માત્ર મધ્યસ્થીઓ હિસ્ટોન-ફોલ્ડ ડોમેન્સમાંથી રચાય છે. જ્યારે કોર હિસ્ટોન્સને ઇન્ટરલોક અર્ધચંદ્રાકાર અર્ધ-સમમિતિય હેટેરોડાઇમરમાં જોડવામાં આવે છે ત્યારે હિસ્ટોનની રચના માત્ર-મધ્યસ્થી થાય છે. દરેક હિસ્ટોન ફોલ્ડ ડોમેન 3 α-હેલિક્સ પ્રદેશોથી બનેલું છે જે અવ્યવસ્થિત લૂપ્સ દ્વારા અલગ પડે છે. હિસ્ટોન ફોલ્ડ ડોમેન બે હિસ્ટોનના હેડ-ટુ-ટેલ હેટેરોડાઇમરની રચના માટે જવાબદાર છેઃ H2A-H2B અને H3-H4. જો કે, H3 અને H4 હિસ્ટોન્સ પહેલા હેટેરોડાઇમર બનાવે છે અને પછી હેટેરોડાઇમર ડાયમેરાઇઝ થઈને ટેટ્રામર (H3-H4) 2 બનાવે છે. હેટેરોડાઇમરની રચના બે પ્રોટીન વચ્ચે હાઇડ્રોફોબિક એમિનો એસિડ અવશેષોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર આધારિત છે. અર્ધ સમપ્રમાણતા આ સમપ્રમાણતા અક્ષની આસપાસ 180 ડિગ્રી પરિભ્રમણ દ્વારા હેટેરોડાઇમરને તેના પર અધિરોપિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. પરિભ્રમણના પરિણામે, અર્ધચંદ્રાકાર આકાર H3-H4 ના DNA બંધનમાં સામેલ હિસ્ટોન્સના બે છેડા સમકક્ષ હોય છે, તેમ છતાં તેઓ DNAના વિવિધ ભાગોને ગોઠવે છે. H2A-H2B ડાયમર પણ એ જ રીતે ફોલ્ડ થાય છે. (H3-H4) 2 ટેટ્રામરને ન્યુક્લિયોસોમ રચનાના પ્રથમ પગલા તરીકે તેની આસપાસ ડીએનએ સાથે લપેટી લેવામાં આવે છે. પછી બે H2A-H2B ડાયમર ડીએનએ-(H3-H4) 2 સંકુલ સાથે જોડાયેલા હોય છે અને ન્યુક્લિયોસોમ બનાવે છે. ચાર મુખ્ય હિસ્ટોન્સમાંથી દરેક, તેમના હિસ્ટોન-ફોલ્ડ ડોમેન્સ ઉપરાંત, લવચીક, અનસ્ટ્રક્ચર્ડ એક્સ્ટેન્શન્સ પણ ધરાવે છે જેને હિસ્ટોન "પૂંછડીઓ" કહેવાય છે. પ્રોટીઝ ટ્રિપ્સિન સાથે ન્યુક્લિયોસોમ્સની સારવાર સૂચવે છે કે હિસ્ટોન પૂંછડીઓ દૂર કર્યા પછી, ડીએનએ ન્યુક્લિયોસોમ સાથે ચુસ્ત રીતે બંધાયેલ રહેવા માટે સક્ષમ છે. હિસ્ટોન પૂંછડીઓ ફેરફારોની વિશાળ શ્રેણીને આધિન છે જેમાં ફોસ્ફોરાયલેશન, એસિટાયલેશન અને સેરીન, લાઇસિન અને આર્જિનિન અવશેષોનું મિથાઇલેશન સામેલ છે. ન્યુક્લિયોસોમમાં હિસ્ટોન ઓક્ટામર ન્યુક્લિયોસોમ કોર કણ યુકેરીયોટ્સમાં ડીએનએ કોમ્પેક્શનનું સૌથી મૂળભૂત સ્વરૂપ છે. ન્યુક્લિયોસોમ્સમાં હિસ્ટોન ઓક્ટામર હોય છે, જે સુપરહેલિકલ રીતે આવરિત ડીએનએની 146 બેઝ જોડીથી ઘેરાયેલું હોય છે. ડીએનએને કોમ્પેક્ટ કરવા ઉપરાંત, હિસ્ટોન ઓક્ટેમર તેની આસપાસના ડીએનએના ટ્રાન્સક્રિપ્શનમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે. હિસ્ટોન ઓક્ટામર તેના મુખ્ય હિસ્ટોન ફોલ્ડ્સ અને એન-ટર્મિનલ પૂંછડીઓ બંને દ્વારા ડીએનએ સાથે સંપર્ક કરે છે. હિસ્ટોન ફોલ્ડ ડીએનએના નાના ખાંચ સાથે રાસાયણિક અને શારીરિક રીતે સંપર્ક કરે છે. અભ્યાસોમાં જાણવા મળ્યું છે કે હિસ્ટોન્સ નાના પોલાણમાં G: C સમૃદ્ધ પ્રદેશો કરતાં A: T સમૃદ્ધ પ્રદેશો સાથે વધુ અનુકૂળ રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. એન-ટર્મિનલ પૂંછડીઓ ડીએનએના ચોક્કસ પ્રદેશ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી નથી પરંતુ ઓક્ટેમરની આસપાસ આવરિત ડીએનએને સ્થિર કરે છે અને માર્ગદર્શન આપે છે. જોકે, હિસ્ટોન ઓક્ટામર અને ડીએનએ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ કાયમી નથી. બંનેને ખૂબ સરળતાથી અલગ કરી શકાય છે અને ઘણીવાર પ્રતિકૃતિ અને અનુલેખન દરમિયાન હોય છે. ચોક્કસ રિમોડેલિંગ પ્રોટીન ડીએનએ અને ન્યુક્લિયોસોમ વચ્ચેના બંધનને તોડીને ક્રોમેટિન માળખામાં સતત ફેરફાર કરી રહ્યા છે. હિસ્ટોન/ડીએનએ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ હિસ્ટોન મોટે ભાગે હકારાત્મક ચાર્જ એમિનો એસિડ અવશેષો જેવા કે લાઇસિન અને આર્જિનિનથી બનેલા હોય છે. હકારાત્મક ચાર્જ તેમને સ્થિરવિદ્યુત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ડીએનએ સાથે નજીકથી જોડાવાની મંજૂરી આપે છે. ડીએનએમાં ચાર્જને તટસ્થ કરવાથી તે વધુ ચુસ્ત રીતે પેક થઈ શકે છે. નાના ખાંચ સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ નાના ખાંચ સાથેની હિસ્ટોન-ફોલ્ડ ડોમેન્સની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ન્યુક્લિયોસોમમાં મોટાભાગની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ માટે જવાબદાર છે. જેમ જેમ ડીએનએ હિસ્ટોન ઓક્ટેમરની આસપાસ લપેટી લે છે, તેમ તેમ તે 14 અલગ-અલગ સ્થળોએ હિસ્ટોન ઓક્ટેમરમાં તેની નાની ખાંચને ખુલ્લી પાડે છે. આ સ્થળો પર, બંને નબળા, બિન-સહસંયોજક બંધની શ્રેણી દ્વારા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. બોન્ડ્સનો મુખ્ય સ્રોત હાઇડ્રોજન બોન્ડ્સમાંથી આવે છે, જે સીધા અને જળ-મધ્યસ્થી બંને છે. ફોસ્ફોડીસ્ટર બેકબોન અને A: T સમૃદ્ધ પાયા બંને સાથે હિસ્ટોન-ફોલ્ડ હાઇડ્રોજન બોન્ડ. આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં, હિસ્ટોન ફોલ્ડ અનુક્રમે ઓક્સિજન પરમાણુઓ અને હાઇડ્રોક્સિલ બાજુની સાંકળો સાથે જોડાય છે. એકસાથે આ સ્થળોમાં કુલ લગભગ 40 હાઇડ્રોજન બંધ હોય છે, જેમાંથી મોટાભાગના કરોડરજ્જુની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાંથી હોય છે. વધુમાં, નાના ખાંચ 14 વખતમાંથી 10 વખત હિસ્ટોન ફોલ્ડનો સામનો કરે છે, હિસ્ટોન ફોલ્ડમાંથી આર્જિનિન બાજુની સાંકળ નાના ખાંચમાં દાખલ કરવામાં આવે છે. અન્ય ચાર વખત, આર્જિનિન હિસ્ટોનની પૂંછડીના વિસ્તારમાંથી આવે છે. ઉપર જણાવ્યા મુજબ, પૂંછડીની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને ફેરફારો હિસ્ટોન પૂંછડીઓ ન્યુક્લિયોસોમના ડીએનએ સાથે સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. ઓક્ટેમરમાં દરેક હિસ્ટોનની એન-ટર્મિનલ પૂંછડી હોય છે જે હિસ્ટોન કોરમાંથી બહાર નીકળે છે. પૂંછડીઓ આંતર અને આંતર ન્યુક્લિયોસોમલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ બંનેમાં ભૂમિકા ભજવે છે જે આખરે જનીનની પહોંચને પ્રભાવિત કરે છે. હિસ્ટોન્સ હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા અણુઓ છે જે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ડીએનએ પરમાણુ સાથે સખત બંધનને મંજૂરી આપે છે. હિસ્ટોન પ્રોટીનનો સકારાત્મક ચાર્જ ઘટાડવાથી હિસ્ટોન અને ડીએનએ વચ્ચેના બંધનની તાકાતમાં ઘટાડો થાય છે, જે તેને જનીન અનુલેખન (અભિવ્યક્તિ) માટે વધુ ખુલ્લું બનાવે છે. વધુમાં, આ લવચીક એકમો ન્યુક્લિયોસોમની રચના દરમિયાન હિસ્ટોન ઓક્ટેમરની આસપાસ ડાબા હાથથી ડીએનએ રેપિંગનું નિર્દેશન કરે છે. એકવાર ડીએનએ બંધાઈ જાય પછી પૂંછડીઓ ડીએનએ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવાનું ચાલુ રાખે છે. ડીએનએ હાઇડ્રોજન બંધની સૌથી નજીકના પૂંછડીના ભાગો અને ઓક્ટેમર સાથે ડીએનએના જોડાણને મજબૂત કરે છે; પૂંછડીના ભાગો ડીએનએથી સૌથી દૂર હોય છે, જો કે, તે ખૂબ જ અલગ રીતે કામ કરે છે. સેલ્યુલર ઉત્સેચકો ડીએનએની સુલભતાને પ્રભાવિત કરવા માટે પૂંછડીના દૂરના વિભાગોમાં એમિનો એસિડમાં ફેરફાર કરે છે. પૂંછડીઓને 30-એનએમ રેસાના સ્થિરીકરણમાં પણ સામેલ કરવામાં આવી છે. સંશોધનોએ દર્શાવ્યું છે કે અમુક પૂંછડીઓને દૂર કરવાથી ન્યુક્લિયોસોમ્સ યોગ્ય રીતે રચાતા અટકાવે છે અને ક્રોમેટિન ફાઇબરનું ઉત્પાદન કરવામાં સામાન્ય નિષ્ફળતા થાય છે. એકંદરે, આ સંગઠનો ન્યુક્લિયોસોમલ ડીએનએને બાહ્ય વાતાવરણથી રક્ષણ આપે છે પરંતુ સેલ્યુલર પ્રતિકૃતિ અને ટ્રાન્સક્રિપ્શનલ મશીનરીની તેમની સુલભતાને પણ ઘટાડે છે. ન્યુક્લિયોસોમ રિમોડેલિંગ અને ડિસએસેમ્બલી ન્યુક્લિયોસોમલ ડીએનએ સુધી પહોંચવા માટે, તેના અને હિસ્ટોન ઓક્ટામર વચ્ચેના બંધનને તોડવું આવશ્યક છે. આ ફેરફાર સમયાંતરે કોષમાં થાય છે કારણ કે ચોક્કસ પ્રદેશો લખવામાં આવે છે, અને તે પ્રતિકૃતિ દરમિયાન જીનોમ-વ્યાપી થાય છે. રિમોડેલિંગ પ્રોટીન ત્રણ અલગ અલગ રીતે કામ કરે છેઃ તેઓ ઓક્ટેમરની સપાટી પર ડીએનએને સ્લાઇડ કરી શકે છે, એક હિસ્ટોન ડાયમરને એક પ્રકાર સાથે બદલી શકે છે અથવા હિસ્ટોન ઓક્ટેમરને સંપૂર્ણપણે દૂર કરી શકે છે. પદ્ધતિ ગમે તે હોય, ન્યુક્લિયોસોમ્સને સંશોધિત કરવા માટે, રિમોડેલિંગ કોમ્પ્લેક્સને તેમની ક્રિયાઓ ચલાવવા માટે ATP હાઇડ્રોલિસિસમાંથી ઊર્જાની જરૂર પડે છે. ત્રણ તકનીકોમાંથી, સ્લાઇડિંગ સૌથી સામાન્ય અને ઓછામાં ઓછી આત્યંતિક છે. આ તકનીકનો મૂળભૂત આધાર એ છે કે ડીએનએના એક વિસ્તારને મુક્ત કરવો કે જેને હિસ્ટોન ઓક્ટામર સામાન્ય રીતે ચુસ્ત રીતે બાંધે છે. જ્યારે તકનીક સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત નથી, ત્યારે સૌથી અગ્રણી પૂર્વધારણા એ છે કે સ્લાઇડિંગ "ઇંચવોર્મ" ફેશનમાં કરવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિમાં, ઊર્જા સ્ત્રોત તરીકે ATP નો ઉપયોગ કરીને, ન્યુક્લિયોસોમ-રિમોડેલિંગ સંકુલનું ટ્રાન્સલોકેસ ક્ષેત્ર હિસ્ટોન ઓક્ટામરમાંથી DNAના નાના વિસ્તારને અલગ કરે છે. ડીએનએનું આ "તરંગ", સ્વયંભૂ હાઇડ્રોજન બંધને તોડે છે અને ફરીથી બનાવે છે, પછી ન્યુક્લિયોસોમલ ડીએનએને ત્યાં સુધી ફેલાવે છે જ્યાં સુધી તે હિસ્ટોન ઓક્ટેમર સાથે છેલ્લા બંધનકર્તા સ્થળ સુધી ન પહોંચે. એકવાર તરંગ હિસ્ટોન ઓક્ટેમરના અંત સુધી પહોંચે તે પછી એક વખત ધાર પર જે વધારાનું હતું તે લિંકર ડીએનએના પ્રદેશમાં વિસ્તૃત થાય છે. કુલ મળીને, આ પદ્ધતિનો એક રાઉન્ડ હિસ્ટોન ઓક્ટેમરને ચોક્કસ દિશામાં અનેક આધાર જોડીઓ ખસેડે છે-"તરંગ" ફેલાયેલી દિશાથી દૂર. ક્લિનિકલ સુસંગતતા અસંખ્ય અહેવાલો વય-સંબંધિત રોગો, જન્મજાત ખામીઓ અને વિવિધ પ્રકારના કેન્સર વચ્ચેની કડી દર્શાવે છે, જેમાં ચોક્કસ હિસ્ટોન પોસ્ટ ટ્રાન્સલેશનલ ફેરફારોમાં વિક્ષેપ આવે છે. અભ્યાસોએ ઓળખી કાઢ્યું છે કે એન-અને સી-ટર્મિનલ પૂંછડીઓ એસિટિલેશન, મિથાઇલેશન, સર્વવ્યાપકતા અને ફોસ્ફોરાયલેશન માટે મુખ્ય લક્ષ્યાંકો છે. નવા પુરાવા હિસ્ટોન કોરની અંદર ઘણા ફેરફારો તરફ ધ્યાન દોરે છે. ક્રોમેટિનમાં હિસ્ટોન-ડીએનએ ઇન્ટરફેસ પર આ હિસ્ટોન કોર ફેરફારોની ભૂમિકાને સમજવા તરફ સંશોધન વળ્યું છે. પી300 અને સીએએમપી પ્રતિક્રિયા તત્વ-બંધનકર્તા પ્રોટીન (સીબીપી) હિસ્ટોન એસિટિલટ્રાન્સફેરેઝ પ્રવૃત્તિ ધરાવે છે. પી300 અને સી. બી. પી. એ સૌથી સ્વચ્છંદ હિસ્ટોન એસિટિલટ્રાન્સફેરેઝ ઉત્સેચકો છે જે બહુવિધ અવશેષો પર તમામ ચાર મુખ્ય હિસ્ટોન્સને એસિટિલેટ કરે છે. એચ 3 પર લાઇસિન 18 અને લાઇસિન 27 એકમાત્ર હિસ્ટોન એસિટિલેશન સાઇટ્સ હતી જે સી. બી. પી. અને ઉંદરના ગર્ભના ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ્સમાં પી 300ના ઘટાડા પર ઘટાડવામાં આવી હતી. ઉપરાંત, સી. બી. પી. અને પી. 300 નોકઆઉટ ઉંદરમાં ખુલ્લી ચેતા નળીની ખામી હોય છે અને તેથી જન્મ પહેલાં મૃત્યુ પામે છે. p300-/-ગર્ભ હૃદયનો ખામીયુક્ત વિકાસ દર્શાવે છે. સીબીપી +/- ઉંદર વૃદ્ધિ મંદતા, ક્રેનિયોફેશિયલ અસાધારણતા, હેમેટોલોજીકલ દુર્ભાવનાઓ દર્શાવે છે, જે પી300 +/- ધરાવતા ઉંદરમાં જોવા મળતા નથી. કોલોરેક્ટલ, ગેસ્ટ્રિક, સ્તન, અંડાશય, ફેફસાં અને સ્વાદુપિંડના કાર્સિનોમા જેવા માનવ ગાંઠોમાં બંને પી300ના પરિવર્તનની જાણ કરવામાં આવી છે. ઉપરાંત, બે હિસ્ટોન એસિટિલટ્રાન્સફેરેઝનું સક્રિયકરણ અથવા સ્થાનિકીકરણ ઓન્કોજેનિક હોઈ શકે છે. ન્યુક્લિયોસોમ હિસ્ટોન ક્રોમેટિન સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ હિસ્ટોનડીબી 2.0-એન. સી. બી. આઈ. પ્રોટીન મોલેક્યુલર બાયોલોજી ખાતે હિસ્ટોન્સ અને વિવિધતાનો ડેટાબેઝ પણ જુઓ.