Histone octamer
आणविक जीवविज्ञान में, एक हिस्टोन ऑक्टेमर एक न्यूक्लियोसोम कोर कण के केंद्र में पाया जाने वाला आठ-प्रोटीन परिसर है। इसमें चार मुख्य हिस्टोन प्रोटीन (एच2ए, एच2बी, एच3 और एच4) में से प्रत्येक की दो प्रतियां होती हैं। ऑक्टेमर तब इकट्ठा होता है जब एक टेट्रामर, जिसमें H3 की दो प्रतियां और H4 की दो प्रतियां होती हैं, दो H2A/H2B डायमर के साथ कॉम्प्लेक्स होता है। प्रत्येक हिस्टोन में एक एन-टर्मिनल टेल और एक सी-टर्मिनल हिस्टोन-फोल्ड दोनों होते हैं। इन प्रमुख घटकों में से प्रत्येक कमजोर अंतःक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से डीएनए के साथ अपने तरीके से बातचीत करता है, जिसमें हाइड्रोजन बंधन और नमक पुल शामिल हैं। ये अंतःक्रियाएँ डी. एन. ए. और हिस्टोन ऑक्टेमर को शिथिल रूप से संबद्ध रखती हैं, और अंततः दोनों को फिर से स्थिति में लाने या पूरी तरह से अलग करने की अनुमति देती हैं। शोध का इतिहास हिस्टोन अनुवाद के बाद के संशोधनों की पहली बार पहचान की गई और 1964 में आर. एन. ए. के संश्लेषण पर संभावित नियामक भूमिका के रूप में सूचीबद्ध किया गया। तब से, कई दशकों में, क्रोमैटिन सिद्धांत विकसित हुआ है। क्रोमैटिन सबयूनिट मॉडल के साथ-साथ न्यूक्लियोसोम की धारणा क्रमशः 1973 और 1974 में स्थापित की गई थी। रिचमंड और उनका शोध समूह 1984 में 7 Å के रिज़ॉल्यूशन पर इसके चारों ओर डीएनए के साथ हिस्टोन ऑक्टेमर की क्रिस्टल संरचना को स्पष्ट करने में सक्षम रहा है। ऑक्टामेरिक कोर कॉम्प्लेक्स की संरचना को सात साल बाद फिर से देखा गया और उच्च नमक सांद्रता पर इसके क्रिस्टल के लिए 3.1 Å के रिज़ॉल्यूशन को स्पष्ट किया गया। हालांकि कोर हिस्टोन के बीच अनुक्रम समानता कम है, चारों में से प्रत्येक में एक दोहराए गए तत्व होता है जिसमें एक हेलिक्स-लूप-हेलिक्स होता है जिसे हिस्टोन फोल्ड मोटिफ कहा जाता है। इसके अलावा, 2000 के दशक में एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी अध्ययनों द्वारा प्रोटीन-प्रोटीन और प्रोटीन-डी. एन. ए. अंतःक्रियाओं के विवरण को क्रमशः 2.8 और 1.9 ए. पर ठीक किया गया था। आणविक विस्तार में हिस्टोन ऑक्टेमर कोर हिस्टोन चार प्रोटीन होते हैं जिन्हें एच2ए, एच2बी, एच3 और एच4 कहा जाता है और ये सभी कोशिका में समान भागों में पाए जाते हैं। सभी चार कोर हिस्टोन अमीनो एसिड अनुक्रमों में लाइसिन और आर्जिनिन का 20 और 24 प्रतिशत के बीच होता है और आकार या प्रोटीन 11400 और 15400 डाल्टन के बीच होता है, जिससे वे अपेक्षाकृत छोटे, लेकिन अत्यधिक सकारात्मक रूप से आवेशित प्रोटीन बन जाते हैं। सकारात्मक रूप से आवेशित अमीनो एसिड की उच्च सामग्री उन्हें नकारात्मक रूप से आवेशित डीएनए के साथ निकटता से जुड़ने की अनुमति देती है। हेटेरोडाइमर, या केवल हिस्टोन-मध्यवर्ती हिस्टोन-फोल्ड डोमेन से बनते हैं। हिस्टोन का गठन केवल-मध्यवर्ती तब होता है जब कोर हिस्टोन को इंटरलॉक्ड अर्धचंद्र आकार अर्ध-सममित हेटेरोडाइमर में जोड़ा जाता है। प्रत्येक हिस्टोन फोल्ड डोमेन 3 α-हेलिक्स क्षेत्रों से बना होता है जो अव्यवस्थित लूप द्वारा अलग किए जाते हैं। हिस्टोन फोल्ड डोमेन दो हिस्टोनः एच2ए-एच2बी और एच3-एच4 के हेड-टू-टेल हेटेरोडाइमर के निर्माण के लिए जिम्मेदार है। हालांकि, एच3 और एच4 हिस्टोन पहले एक हेटेरोडाइमर बनाते हैं और फिर हेटेरोडाइमर एक टेट्रामर (एच3-एच4) 2 बनाने के लिए डिमेराइज़ हो जाता है। हेटेरोडाइमर गठन दो प्रोटीनों के बीच हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड अवशेष अंतःक्रियाओं की अंतःक्रिया पर आधारित है। अर्ध समरूपता इस समरूपता अक्ष के चारों ओर 180 डिग्री घूर्णन द्वारा हेटेरोडाइमर को अपने ऊपर अधिरोपित करने की अनुमति देती है। घूर्णन के परिणामस्वरूप, अर्धचंद्र आकार एच3-एच4 के डीएनए बंधन में शामिल हिस्टोन के दो छोर बराबर हैं, फिर भी वे डीएनए के विभिन्न हिस्सों को व्यवस्थित करते हैं। एच2ए-एच2बी डाइमर भी इसी तरह से मुड़ता है। (एच3-एच4) 2 टेट्रामर को न्यूक्लियोसोम गठन के पहले चरण के रूप में इसके चारों ओर डी. एन. ए. के साथ लपेटा जाता है। फिर दो H2A-H2B डिमर एक न्यूक्लियोसोम बनाने के लिए DNA-(H3-H4) 2 कॉम्प्लेक्स से जुड़े होते हैं। चार कोर हिस्टोनों में से प्रत्येक में, उनके हिस्टोन-फोल्ड डोमेन के अलावा, लचीले, असंरचित विस्तार भी होते हैं जिन्हें हिस्टोन "टेल्स" कहा जाता है। प्रोटीज ट्रिप्सिन के साथ न्यूक्लियोसोम का उपचार इंगित करता है कि हिस्टोन पूंछ को हटाने के बाद, डीएनए न्यूक्लियोसोम से कसकर बंधे रहने में सक्षम है। हिस्टोन की पूंछ कई प्रकार के संशोधनों के अधीन होती है जिसमें फॉस्फोराइलेशन, एसिटिलेशन और सेरीन, लाइसिन और आर्जिनिन अवशेषों का मिथाइलेशन शामिल है। न्यूक्लियोसोम में हिस्टोन ऑक्टेमर न्यूक्लियोसोम कोर कण यूकेरियोट्स में डीएनए संपीड़न का सबसे बुनियादी रूप है। न्यूक्लियोसोम में एक हिस्टोन ऑक्टेमर होता है जो एक सुपरहेलिकल तरीके से लिपटे डीएनए के 146 आधार जोड़े से घिरा होता है। डी. एन. ए. को संहत करने के अलावा, हिस्टोन ऑक्टेमर इसके आसपास के डी. एन. ए. के प्रतिलेखन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। हिस्टोन ऑक्टेमर अपने मूल हिस्टोन तह और एन-टर्मिनल पूंछ दोनों के माध्यम से डी. एन. ए. के साथ बातचीत करता है। हिस्टोन तह रासायनिक और शारीरिक रूप से डी. एन. ए. के छोटे खांचे के साथ अंतःक्रिया करता है। अध्ययनों में पाया गया है कि हिस्टोन छोटे खांचे में जीःसी समृद्ध क्षेत्रों की तुलना में एःटी समृद्ध क्षेत्रों के साथ अधिक अनुकूल रूप से बातचीत करते हैं। एन-टर्मिनल पूंछ डी. एन. ए. के एक विशिष्ट क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया नहीं करती है, बल्कि ऑक्टेमर के चारों ओर लिपटे डी. एन. ए. को स्थिर और निर्देशित करती है। हालाँकि, हिस्टोन ऑक्टेमर और डी. एन. ए. के बीच अंतःक्रियाएँ स्थायी नहीं हैं। दोनों को काफी आसानी से अलग किया जा सकता है और अक्सर प्रतिकृति और प्रतिलेखन के दौरान होते हैं। विशिष्ट पुनर्निर्माण प्रोटीन डी. एन. ए. और न्यूक्लियोसोम के बीच के बंधनों को तोड़कर लगातार क्रोमैटिन संरचना को बदल रहे हैं। हिस्टोन/डी. एन. ए. अंतःक्रिया हिस्टोन ज्यादातर सकारात्मक आवेशित एमिनो एसिड अवशेषों जैसे लाइसिन और आर्जिनिन से बने होते हैं। सकारात्मक आवेश उन्हें स्थिरविद्युत अंतःक्रियाओं के माध्यम से नकारात्मक आवेशित डी. एन. ए. के साथ निकटता से जुड़ने की अनुमति देते हैं। डी. एन. ए. में आवेशों को तटस्थ करने से यह अधिक कसकर पैक हो जाता है। माइनर ग्रूव के साथ अंतःक्रिया हिस्टोन-फोल्ड डोमेन की माइनर ग्रूव के साथ अंतःक्रिया न्यूक्लियोसोम में अधिकांश अंतःक्रियाओं के लिए जिम्मेदार होती है। जैसे ही डी. एन. ए. हिस्टोन ऑक्टेमर के चारों ओर लपेटता है, यह 14 अलग-अलग स्थानों पर हिस्टोन ऑक्टेमर के लिए अपनी छोटी नाली को उजागर करता है। इन स्थलों पर, दोनों कमजोर, गैर-सहसंयोजक बंधनों की एक श्रृंखला के माध्यम से परस्पर क्रिया करते हैं। बॉन्ड का मुख्य स्रोत हाइड्रोजन बॉन्ड से आता है, दोनों प्रत्यक्ष और जल-मध्यस्थता से। फॉस्फोडीस्टर रीढ़ और एःटी समृद्ध आधार दोनों के साथ हिस्टोन-मोड़ हाइड्रोजन बंधन। इन अंतःक्रियाओं में, हिस्टोन तह क्रमशः ऑक्सीजन परमाणुओं और हाइड्रॉक्सिल पार्श्व श्रृंखलाओं से जुड़ जाता है। इन स्थलों में कुल मिलाकर लगभग 40 हाइड्रोजन बंधन होते हैं, जिनमें से अधिकांश रीढ़ की हड्डी की परस्पर क्रिया से होते हैं। इसके अलावा, 14 बार में से 10 बार जब छोटी नाली हिस्टोन फोल्ड का सामना करती है, हिस्टोन फोल्ड से एक आर्जिनिन साइड चेन को छोटी नाली में डाला जाता है। अन्य चार बार, आर्जिनिन हिस्टोन के एक पूंछ क्षेत्र से आता है। टेल इंटरैक्शन और संशोधन जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, हिस्टोन टेल्स को न्यूक्लियोसोम के डीएनए के साथ सीधे बातचीत करते हुए दिखाया गया है। ऑक्टेमर में प्रत्येक हिस्टोन की एक एन-टर्मिनल पूंछ होती है जो हिस्टोन कोर से निकलती है। पूंछ अंतर और इंट्रा न्यूक्लियोसोमल इंटरैक्शन दोनों में भूमिका निभाती है जो अंततः जीन की पहुंच को प्रभावित करती है। हिस्टोन सकारात्मक रूप से आवेशित अणु होते हैं जो नकारात्मक रूप से आवेशित डीएनए अणु के साथ एक मजबूत बंधन की अनुमति देते हैं। हिस्टोन प्रोटीन के सकारात्मक आवेश को कम करने से हिस्टोन और डी. एन. ए. के बीच बंधन की ताकत कम हो जाती है, जिससे यह जीन प्रतिलेखन (अभिव्यक्ति) के लिए अधिक खुला हो जाता है। इसके अलावा, ये लचीली इकाइयाँ न्यूक्लियोसोम गठन के दौरान हिस्टोन ऑक्टेमर के चारों ओर बाएं हाथ से डी. एन. ए. को लपेटने का निर्देश देती हैं। एक बार जब डी. एन. ए. बंधा होता है तो पूंछ डी. एन. ए. के साथ अंतःक्रिया करना जारी रखती है। डी. एन. ए. हाइड्रोजन बन्ध के सबसे करीब पूंछ के हिस्से और ऑक्टेमर के साथ डी. एन. ए. के संबंध को मजबूत करते हैं; पूंछ के हिस्से डी. एन. ए. से सबसे दूर, हालांकि, बहुत अलग तरीके से काम करते हैं। सेलुलर एंजाइम डी. एन. ए. की पहुंच को प्रभावित करने के लिए पूंछ के दूरस्थ भागों में एमिनो एसिड को संशोधित करते हैं। पूंछ को 30-एनएम फाइबर के स्थिरीकरण में भी शामिल किया गया है। शोध से पता चला है कि कुछ पूंछ को हटाना न्यूक्लियोसोम को ठीक से बनने से रोकता है और क्रोमैटिन फाइबर का उत्पादन करने में एक सामान्य विफलता है। कुल मिलाकर, ये संघ न्यूक्लियोसोमल डी. एन. ए. को बाहरी वातावरण से बचाते हैं लेकिन सेलुलर प्रतिकृति और प्रतिलेखन तंत्र तक उनकी पहुंच को भी कम करते हैं। न्यूक्लियोसोम रीमॉडलिंग और डिसएसेम्बली न्यूक्लियोसोमल डीएनए तक पहुँचने के लिए, इसके और हिस्टोन ऑक्टेमर के बीच के बंधन को तोड़ा जाना चाहिए। यह परिवर्तन समय-समय पर कोशिका में होता है क्योंकि विशिष्ट क्षेत्रों का प्रतिलेखन किया जाता है, और यह प्रतिकृति के दौरान जीनोम-व्यापी होता है। पुनर्निर्माण प्रोटीन तीन अलग-अलग तरीकों से काम करते हैंः वे ऑक्टेमर की सतह के साथ डीएनए को स्लाइड कर सकते हैं, एक हिस्टोन डाइमर को एक प्रकार से बदल सकते हैं, या हिस्टोन ऑक्टेमर को पूरी तरह से हटा सकते हैं। विधि चाहे जो भी हो, न्यूक्लियोसोम को संशोधित करने के लिए, पुनर्निर्माण परिसरों को अपनी क्रियाओं को चलाने के लिए ए. टी. पी. हाइड्रोलिसिस से ऊर्जा की आवश्यकता होती है। तीन तकनीकों में से, फिसलना सबसे आम और सबसे कम चरम है। तकनीक का मूल आधार डीएनए के एक क्षेत्र को मुक्त करना है जिसे हिस्टोन ऑक्टेमर आम तौर पर कसकर बांधता है। जबकि तकनीक अच्छी तरह से परिभाषित नहीं है, सबसे प्रमुख परिकल्पना यह है कि स्लाइडिंग एक "इंचवर्म" फैशन में की जाती है। इस विधि में, एक ऊर्जा स्रोत के रूप में ए. टी. पी. का उपयोग करते हुए, न्यूक्लियोसोम-रिमॉडलिंग कॉम्प्लेक्स का ट्रांसलोकेस डोमेन हिस्टोन ऑक्टेमर से डी. एन. ए. के एक छोटे से क्षेत्र को अलग करता है। डी. एन. ए. की यह "तरंग", स्वाभाविक रूप से हाइड्रोजन बंधनों को तोड़ती और फिर से बनाती है, फिर न्यूक्लियोसोमल डी. एन. ए. के नीचे तब तक फैलती है जब तक कि यह हिस्टोन ऑक्टेमर के साथ अंतिम बंधन स्थल तक नहीं पहुंच जाती। एक बार जब लहर हिस्टोन ऑक्टेमर के अंत तक पहुँच जाती है तो अतिरिक्त जो एक बार किनारे पर था, लिंकर डीएनए के क्षेत्र में विस्तारित हो जाता है। कुल मिलाकर, इस विधि का एक चक्कर हिस्टोन ऑक्टेमर को एक विशेष दिशा में कई आधार जोड़े ले जाता है-"तरंग" के प्रसार की दिशा से दूर। नैदानिक प्रासंगिकता कई रिपोर्टें उम्र से संबंधित बीमारियों, जन्म दोषों और कई प्रकार के कैंसर के बीच एक संबंध दिखाती हैं जिसमें कुछ हिस्टोन पोस्ट ट्रांसलेशनल संशोधनों में व्यवधान होता है। अध्ययनों ने पहचान की है कि एन-और सी-टर्मिनल पूंछ एसिटिलेशन, मिथाइलेशन, सर्वव्यापी और फॉस्फोराइलेशन के लिए मुख्य लक्ष्य हैं। नए साक्ष्य हिस्टोन कोर के भीतर कई संशोधनों की ओर इशारा कर रहे हैं। अनुसंधान क्रोमैटिन में हिस्टोन-डी. एन. ए. इंटरफेस पर इन हिस्टोन कोर संशोधनों की भूमिका को समझने की ओर बढ़ रहा है। पी300 और सीएएमपी प्रतिक्रिया तत्व-बाध्यकारी प्रोटीन (सीबीपी) में हिस्टोन एसिटाइलट्रांसफेरेज गतिविधि होती है। पी300 और सी. बी. पी. सबसे स्वच्छंद हिस्टोन एसिटाइलट्रांसफेरेज एंजाइम हैं जो कई अवशेषों पर सभी चार कोर हिस्टोन को एसिटिलेट करते हैं। एच3 पर लाइसिन 18 और लाइसिन 27 एकमात्र हिस्टोन एसिटिलेशन स्थल थे जो सी. बी. पी. और माउस भ्रूण फाइब्रोब्लास्ट में पी300 की कमी पर कम हुए। इसके अलावा, सी. बी. पी. और पी. 300 नॉकआउट चूहों में एक खुली तंत्रिका नलिका दोष होता है और इसलिए जन्म से पहले ही मर जाते हैं। पी300-/-भ्रूण हृदय के दोषपूर्ण विकास को प्रदर्शित करते हैं। सी. बी. पी. +/- चूहे विकास मंदता, क्रेनियोफेशियल असामान्यताओं, हेमेटोलॉजिकल घातकताओं को प्रदर्शित करते हैं, जो पी300 +/- वाले चूहों में नहीं देखे जाते हैं। कोलोरेक्टल, गैस्ट्रिक, स्तन, डिम्बग्रंथि, फेफड़े और अग्नाशय कार्सिनोमा जैसे मानव ट्यूमर में दोनों पी300 के उत्परिवर्तन की सूचना मिली है। इसके अलावा, दो हिस्टोन एसिटाइलट्रांसफरेसेस का सक्रियण या स्थानीयकरण ऑन्कोजेनिक हो सकता है। न्यूक्लियोसोम हिस्टोन क्रोमैटिन संदर्भ बाहरी लिंक हिस्टोनडीबी 2-एन. सी. बी. आई. प्रोटीन आणविक जीव विज्ञान में हिस्टोन और रूपों का डेटाबेस भी देखें।