Histone octamer
سالماتی حیاتیات میں، ہسٹون آکٹمر آٹھ پروٹین کمپلیکس ہے جو نیوکلیوسوم کور پارٹیکل کے مرکز میں پایا جاتا ہے۔ یہ چار بنیادی ہسٹون پروٹین (H2A، H2B، H3، اور H4) میں سے ہر ایک کی دو نقلوں پر مشتمل ہوتا ہے۔ آکٹمر اس وقت جمع ہوتا ہے جب ایک ٹیٹریمر، جس میں H3 کی دو کاپیاں اور H4 کی دو کاپیاں ہوتی ہیں، دو H2A/H2B ڈائمرز کے ساتھ کمپلیکس ہوتا ہے۔ ہر ہسٹون میں این-ٹرمینل دم اور سی-ٹرمینل ہسٹون فولڈ دونوں ہوتے ہیں۔ ان کلیدی اجزاء میں سے ہر ایک کمزور تعاملات کے سلسلے کے ذریعے ڈی این اے کے ساتھ اپنے طریقے سے تعامل کرتا ہے، بشمول ہائیڈروجن بانڈ اور نمک پل۔ یہ تعاملات ڈی این اے اور ہسٹون آکٹمر کو ڈھیلے طور پر منسلک رکھتے ہیں، اور بالآخر دونوں کو دوبارہ پوزیشن یا مکمل طور پر الگ کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔ تحقیق کی تاریخ ہسٹون ترجمہ کے بعد کی تبدیلیوں کی پہلی بار شناخت کی گئی اور 1964 میں آر این اے کی ترکیب پر ممکنہ ریگولیٹری کردار کے طور پر درج کیا گیا۔ تب سے، کئی دہائیوں کے دوران، کرومیٹن کا نظریہ تیار ہوا ہے۔ کرومیٹن سب یونٹ ماڈل کے ساتھ ساتھ نیوکلیوسوم کا تصور بالترتیب 1973 اور 1974 میں قائم کیا گیا تھا۔ رچمنڈ اور اس کا تحقیقی گروپ 1984 میں 7 Å کی ریزولوشن پر اس کے ارد گرد ڈی این اے کے ساتھ ہسٹون آکٹمر کے کرسٹل ڈھانچے کو واضح کرنے میں کامیاب رہا ہے۔ آکٹامیرک کور کمپلیکس کے ڈھانچے پر سات سال بعد نظر ثانی کی گئی اور نمک کے زیادہ ارتکاز پر اس کے کرسٹل کے لیے 3.1 Å کے ریزولوشن کی وضاحت کی گئی۔ اگرچہ بنیادی ہسٹونوں کے درمیان ترتیب کی مماثلت کم ہے، لیکن چاروں میں سے ہر ایک میں ایک بار بار عنصر ہوتا ہے جو ہیلکس-لوپ-ہیلکس پر مشتمل ہوتا ہے جسے ہسٹون فولڈ موٹف کہا جاتا ہے۔ مزید برآں، پروٹین-پروٹین اور پروٹین-ڈی این اے تعاملات کی تفصیلات کو ایکس رے کرسٹلگرافی کے مطالعے کے ذریعے 2000 کی دہائی میں بالترتیب 2.8 اور 1.9 Å پر ٹھیک کیا گیا تھا۔ سالماتی تفصیل میں ہسٹون آکٹمر کور ہسٹون چار پروٹین ہوتے ہیں جنہیں H2A، H2B، H3 اور H4 کہا جاتا ہے اور یہ سب خلیے میں مساوی حصوں میں پائے جاتے ہیں۔ کور ہسٹون امینو ایسڈ کے چاروں سلسلے 20 اور 24 ٪ کے درمیان لائسین اور ارجنائن پر مشتمل ہوتے ہیں اور سائز یا پروٹین 11400 اور 15400 ڈالٹن کے درمیان ہوتا ہے، جو انہیں نسبتا چھوٹا، لیکن انتہائی مثبت چارج شدہ پروٹین بناتا ہے۔ مثبت چارج شدہ امینو ایسڈ کا اعلی مواد انہیں منفی چارج شدہ ڈی این اے کے ساتھ قریب سے منسلک کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ ہیٹروڈائمرز، یا صرف ہسٹون انٹرمیڈیٹس ہسٹون فولڈ ڈومینز سے تشکیل پاتے ہیں۔ ہسٹون کی تشکیل صرف اس وقت ہوتی ہے جب بنیادی ہسٹون کو انٹر لاکڈ کریسنٹ شکل نیم ہم آہنگی ہیٹروڈائمر میں جوڑا جاتا ہے۔ ہر ہسٹون فولڈ ڈومین 3 α-ہیلکس علاقوں پر مشتمل ہوتا ہے جو بے ترتیب لوپس سے الگ ہوتے ہیں۔ ہسٹون فولڈ ڈومین دو ہسٹونوں: H2A-H2B اور H3-H4 کے سر سے دم والے ہیٹروڈائمرز کی تشکیل کے لیے ذمہ دار ہے۔ تاہم، H3 اور H4 ہسٹون پہلے ایک ہیٹروڈائمر بناتے ہیں اور پھر اس کے نتیجے میں ہیٹروڈائمر ایک ٹیٹریمر (H3-H4) 2 بنانے کے لیے ڈائمرائز ہوتا ہے۔ ہیٹروڈائمر کی تشکیل دو پروٹینوں کے درمیان ہائیڈروفوبک امینو ایسڈ کے بقیہ تعاملات کے تعامل پر مبنی ہے۔ نیم ہم آہنگی ہیٹروڈائمر کو اس ہم آہنگی کے محور کے ارد گرد 180 ڈگری کی گردش کے ذریعے خود پر مسلط کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ گردش کے نتیجے میں، ہلال کی شکل H3-H4 کے ڈی این اے بائنڈنگ میں شامل ہسٹون کے دو سرے مساوی ہیں، پھر بھی وہ ڈی این اے کے مختلف حصوں کو منظم کرتے ہیں۔ H2A-H2B ڈائمر بھی اسی طرح جوڑتا ہے۔ (H3-H4) 2 ٹیٹریمر کو نیوکلیوسوم کی تشکیل کے پہلے مرحلے کے طور پر اس کے ارد گرد ڈی این اے کے ساتھ لپیٹا جاتا ہے۔ پھر دو H2A-H2B ڈائمر ایک نیوکلیوسوم بنانے کے لیے DNA-(H3-H4) 2 کمپلیکس سے جڑے ہوتے ہیں۔ چار بنیادی ہسٹونوں میں سے ہر ایک، ان کے ہسٹون فولڈ ڈومینز کے علاوہ، لچکدار، غیر ساختہ ایکسٹینشنز پر مشتمل ہوتا ہے جسے ہسٹون "دم" کہا جاتا ہے۔ پروٹیز ٹرپسن کے ساتھ نیوکلیوسومز کا علاج اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ ہسٹون دم ہٹائے جانے کے بعد، ڈی این اے نیوکلیوسوم سے مضبوطی سے جڑا رہنے کے قابل ہوتا ہے۔ ہسٹون دم ترمیم کی ایک وسیع صف کے تابع ہیں جس میں فاسفوریلیشن، ایسیٹیلیشن، اور سیرائن، لائسین اور ارجنائن کے باقیات کی میتھیلیشن شامل ہیں۔ نیوکلیوسوم میں ہسٹون آکٹمر نیوکلیوسوم کا بنیادی ذرہ یوکرائٹس میں ڈی این اے کمپکشن کی سب سے بنیادی شکل ہے۔ نیوکلیوسومز ایک ہسٹون آکٹمر پر مشتمل ہوتے ہیں جس کے گرد سپر ہیلکل انداز میں لپٹے ہوئے ڈی این اے کے 146 بیس جوڑے ہوتے ہیں۔ ڈی این اے کو کمپیکٹ کرنے کے علاوہ، ہسٹون آکٹمر اپنے ارد گرد کے ڈی این اے کی نقل میں کلیدی کردار ادا کرتا ہے۔ ہسٹون آکٹمر ڈی این اے کے ساتھ اس کے بنیادی ہسٹون فولڈز اور این-ٹرمینل دم دونوں کے ذریعے تعامل کرتا ہے۔ ہسٹون فولڈ ڈی این اے کی معمولی نالی کے ساتھ کیمیائی اور جسمانی طور پر تعامل کرتا ہے۔ مطالعات سے پتہ چلا ہے کہ ہسٹون چھوٹے نالوں میں G: C افزودہ علاقوں کے مقابلے A: T افزودہ علاقوں کے ساتھ زیادہ موافق طور پر تعامل کرتے ہیں۔ این-ٹرمینل دم ڈی این اے کے کسی مخصوص علاقے کے ساتھ تعامل نہیں کرتی بلکہ آکٹمر کے گرد لپٹے ڈی این اے کو مستحکم اور رہنمائی کرتی ہے۔ تاہم، ہسٹون آکٹمر اور ڈی این اے کے درمیان تعاملات مستقل نہیں ہیں۔ دونوں کو بہت آسانی سے الگ کیا جا سکتا ہے اور اکثر نقل اور نقل کے دوران ہوتے ہیں۔ مخصوص ری ماڈلنگ پروٹین ڈی این اے اور نیوکلیوسوم کے درمیان بندھن کو توڑ کر کرومیٹن کی ساخت کو مسلسل تبدیل کر رہے ہیں۔ ہسٹون/ڈی این اے تعاملات ہسٹون زیادہ تر مثبت طور پر چارج شدہ امینو ایسڈ کے باقیات جیسے لائسین اور ارجنائن پر مشتمل ہوتے ہیں۔ مثبت چارج انہیں الیکٹروسٹیٹک تعاملات کے ذریعے منفی چارج شدہ ڈی این اے کے ساتھ قریب سے منسلک کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔ ڈی این اے میں چارج کو غیر جانبدار کرنے سے یہ زیادہ مضبوطی سے پیک ہو جاتا ہے۔ معمولی نالی کے ساتھ تعامل ہسٹون فولڈ ڈومینز کا معمولی نالی کے ساتھ تعامل نیوکلیوسوم میں زیادہ تر تعاملات کا سبب بنتا ہے۔ جیسے ہی ڈی این اے ہسٹون آکٹمر کے ارد گرد لپیٹتا ہے، یہ 14 مختلف مقامات پر ہسٹون آکٹمر کے سامنے اپنی معمولی نالی کو بے نقاب کرتا ہے۔ ان مقامات پر، دونوں کمزور، غیر ہم آہنگ بندھنوں کی ایک سیریز کے ذریعے تعامل کرتے ہیں۔ بانڈز کا بنیادی ذریعہ ہائیڈروجن بانڈز سے آتا ہے، دونوں براہ راست اور پانی کی ثالثی سے۔ ہسٹون فولڈ ہائیڈروجن بانڈ فاسفوڈیسٹر ریبون اور اے: ٹی امیر اڈوں دونوں کے ساتھ ہوتے ہیں۔ ان تعاملات میں، ہسٹون فولڈ بالترتیب آکسیجن ایٹموں اور ہائیڈروکسیل سائیڈ چینز سے جڑا رہتا ہے۔ ان مقامات پر مجموعی طور پر تقریبا 40 ہائیڈروجن بانڈ ہوتے ہیں، جن میں سے زیادہ تر ریڑھ کی ہڈی کے تعاملات سے ہوتے ہیں۔ اس کے علاوہ، 14 میں سے 10 بار جب معمولی نالی ہسٹون فولڈ کا سامنا کرتی ہے، ہسٹون فولڈ سے ایک ارجنائن سائیڈ چین معمولی نالی میں داخل کیا جاتا ہے۔ دیگر چار بار، ارجنائن ہسٹون کے دم والے علاقے سے آتا ہے۔ دم کے تعاملات اور تبدیلیاں جیسا کہ اوپر ذکر کیا گیا ہے کہ ہسٹون دموں کو نیوکلیوسوم کے ڈی این اے کے ساتھ براہ راست تعامل کرتے ہوئے دکھایا گیا ہے۔ آکٹمر میں ہر ہسٹون کی ایک این-ٹرمینل دم ہوتی ہے جو ہسٹون کور سے نکلتی ہے۔ دم بین اور انٹرا نیوکلیوسومل تعاملات دونوں میں کردار ادا کرتی ہیں جو بالآخر جین تک رسائی کو متاثر کرتی ہیں۔ ہسٹون مثبت طور پر چارج شدہ مالیکیول ہوتے ہیں جو منفی طور پر چارج شدہ ڈی این اے مالیکیول کے ساتھ سخت بندھن کی اجازت دیتے ہیں۔ ہسٹون پروٹین کے مثبت چارج کو کم کرنے سے ہسٹون اور ڈی این اے کے درمیان پابند ہونے کی طاقت کم ہو جاتی ہے، جس سے یہ جین ٹرانسکرپشن (اظہار) کے لیے زیادہ کھلا ہو جاتا ہے۔ مزید برآں، یہ لچکدار اکائیاں نیوکلیوسوم کی تشکیل کے دوران ہسٹون آکٹمر کے ارد گرد بائیں ہاتھ سے ڈی این اے کو لپیٹنے کی ہدایت کرتی ہیں۔ ایک بار ڈی این اے بندھے جانے کے بعد دم ڈی این اے کے ساتھ تعامل کرتی رہتی ہے۔ دم کے وہ حصے جو ڈی این اے ہائیڈروجن بانڈ کے قریب ہوتے ہیں اور آکٹمر کے ساتھ ڈی این اے کے تعلق کو مضبوط کرتے ہیں ؛ دم کے وہ حصے جو ڈی این اے سے سب سے زیادہ دور ہوتے ہیں، تاہم، بہت مختلف انداز میں کام کرتے ہیں۔ سیلولر انزائمز ڈی این اے کی رسائی کو متاثر کرنے کے لیے دم کے دور دراز حصوں میں امینو ایسڈ میں ترمیم کرتے ہیں۔ دم کو 30-این ایم ریشوں کے استحکام میں بھی شامل کیا گیا ہے۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ بعض دموں کو ہٹانے سے نیوکلیوسومز کو مناسب طریقے سے بننے سے روکا جاتا ہے اور کرومیٹن فائبر تیار کرنے میں عمومی ناکامی ہوتی ہے۔ مجموعی طور پر، یہ انجمنیں نیوکلیوسومل ڈی این اے کو بیرونی ماحول سے بچاتی ہیں لیکن سیلولر ریپلیکیشن اور ٹرانسکرپشنل مشینری تک ان کی رسائی کو بھی کم کرتی ہیں۔ نیوکلیوسوم ری ماڈلنگ اور جدا کرنا نیوکلیوسومل ڈی این اے تک رسائی حاصل کرنے کے لیے، اس کے اور ہسٹون آکٹمر کے درمیان بندھن کو توڑنا ضروری ہے۔ یہ تبدیلی وقتا فوقتا خلیے میں ہوتی ہے کیونکہ مخصوص علاقوں کو نقل کیا جاتا ہے، اور یہ نقل کے دوران جینوم بھر میں ہوتا ہے۔ ری ماڈلنگ پروٹین تین الگ الگ طریقوں سے کام کرتے ہیں: وہ آکٹمر کی سطح کے ساتھ ڈی این اے کو سلائیڈ کر سکتے ہیں، ایک ہسٹون ڈائمر کو مختلف قسم سے تبدیل کر سکتے ہیں، یا ہسٹون آکٹمر کو مکمل طور پر ہٹا سکتے ہیں۔ طریقہ کار سے قطع نظر، نیوکلیوسومز میں ترمیم کرنے کے لیے، ری ماڈلنگ کمپلیکس کو اپنے اعمال کو چلانے کے لیے اے ٹی پی ہائیڈرولیسس سے توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ تینوں تکنیکوں میں سے سلائڈنگ سب سے عام اور سب سے کم انتہائی ہے۔ اس تکنیک کی بنیادی بنیاد ڈی این اے کے ایک علاقے کو آزاد کرنا ہے جسے ہسٹون آکٹمر عام طور پر مضبوطی سے باندھتا ہے۔ اگرچہ تکنیک کی اچھی طرح سے وضاحت نہیں کی گئی ہے، لیکن سب سے نمایاں مفروضہ یہ ہے کہ سلائڈنگ "انچ ورم" انداز میں کی جاتی ہے۔ اس طریقہ کار میں، اے ٹی پی کو توانائی کے ذریعہ کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، نیوکلیوسوم-ری ماڈلنگ کمپلیکس کا ٹرانسلوکیس ڈومین ڈی این اے کے ایک چھوٹے سے حصے کو ہسٹون آکٹمر سے الگ کرتا ہے۔ ڈی این اے کی یہ "لہر"، ہائیڈروجن بندھنوں کو اچانک توڑتی اور دوبارہ بناتی ہے، پھر نیوکلیوسومل ڈی این اے کو اس وقت تک پھیلاتی ہے جب تک کہ یہ ہسٹون آکٹمر کے ساتھ آخری بائنڈنگ سائٹ تک نہ پہنچ جائے۔ ایک بار جب لہر ہسٹون آکٹمر کے اختتام تک پہنچ جاتی ہے تو وہ اضافی جو ایک بار کنارے پر تھی لنکر ڈی این اے کے علاقے میں پھیل جاتی ہے۔ مجموعی طور پر، اس طریقہ کار کا ایک دور ہسٹون آکٹمر کو کئی بیس جوڑوں کو ایک خاص سمت میں منتقل کرتا ہے-"لہر" کے پھیلنے کی سمت سے دور۔ طبی مطابقت متعدد رپورٹیں عمر سے متعلق بیماریوں، پیدائشی نقائص، اور کئی قسم کے کینسر کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتی ہیں جس میں بعض ہسٹون پوسٹ ٹرانسلیشنل ترمیمات میں خلل پڑتا ہے۔ مطالعات نے اس بات کی نشاندہی کی ہے کہ این-اور سی-ٹرمینل دم ایسیٹیلیشن، میتھیلیشن، یوبیکیوٹیشن اور فاسفوریلیشن کے اہم اہداف ہیں۔ نئے شواہد ہسٹون کور کے اندر کئی تبدیلیوں کی طرف اشارہ کر رہے ہیں۔ تحقیق کرومیٹن میں ہسٹون-ڈی این اے انٹرفیس پر ان ہسٹون کور ترمیمات کے کردار کو سمجھنے کی طرف رخ کر رہی ہے۔ پی 300 اور سی اے ایم پی رسپانس عنصر بائنڈنگ پروٹین (سی بی پی) میں ہسٹون ایکٹیل ٹرانسفرس سرگرمی ہوتی ہے۔ پی 300 اور سی بی پی سب سے زیادہ غیر متزلزل ہسٹون ایکٹیل ٹرانسفرس انزائم ہیں جو متعدد باقیات پر چاروں بنیادی ہسٹونوں کو ایکٹیلٹ کرتے ہیں۔ H3 پر لائسین 18 اور لائسین 27 واحد ہسٹون ایسیٹیلیشن سائٹس تھیں جو سی بی پی اور ماؤس ایمبریونک فائبر بلاسٹ میں پی 300 کی کمی پر کم ہوئیں۔ نیز، سی بی پی اور پی 300 ناک آؤٹ چوہوں میں ایک کھلی عصبی ٹیوب کی خرابی ہوتی ہے اور اس وجہ سے پیدائش سے پہلے ہی مر جاتے ہیں۔ p300−/- جنین دل کی ناقص نشوونما کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ سی بی پی +/- چوہے نشوونما میں رکاوٹ، کرینیو فیسیل اسامانیتاوں، ہیمیٹولوجیکل بدنیتی کو ظاہر کرتے ہیں، جو پی 300 +/- والے چوہوں میں نہیں دیکھے جاتے ہیں۔ دونوں پی 300 کی تغیرات انسانی ٹیومر جیسے کولوریکٹل، گیسٹرک، چھاتی، بیضہ دانی، پھیپھڑوں، اور پینکریٹک کارسنوما میں رپورٹ ہوئی ہیں۔ اس کے علاوہ، دو ہسٹون ایسیٹیل ٹرانسفرسز کی فعالیت یا لوکلائزیشن آنکوجینک ہو سکتی ہے۔ نیوکلیوسوم ہسٹون کرومیٹن حوالہ جات بیرونی روابط ہسٹون ڈی بی 2-این سی بی آئی پروٹینز مالیکیولر بائیولوجی میں ہسٹونز اور متغیرات کا ڈیٹا بیس بھی دیکھیں۔