Histona H1

La Histona H1 es una de las cinco familias principales de proteínas histonas que son componentes de la cromatina en las células eucariotas. Aunque está muy conservada, es la histona más variable en secuencia entre especies.

Estructura

Las proteínas del metazoo H1 presentan una "hélice alada" globular central; dominio y colas C-terminales largas y N-terminales cortas. H1 participa en el embalaje de las "cuentas en una cuerda" subestructuras en una estructura de alto orden, cuyos detalles aún no han sido resueltos. El H1 que se encuentra en protistas y bacterias, también conocido como nucleoproteínas HC1 y HC2 (Pfam PF07432, PF07382), carece del dominio central y de la cola N-terminal.

H1 está menos conservado que las histonas centrales. El dominio globular es la parte más conservada de H1.

Función

A diferencia de las otras histonas, H1 no forma la "perla" del nucleosoma. En cambio, se asienta encima de la estructura, manteniendo en su lugar el ADN que se ha enrollado alrededor del nucleosoma. H1 está presente en la mitad que las otras cuatro histonas, que aportan dos moléculas a cada perla de nucleosoma. Además de unirse al nucleosoma, la proteína H1 se une al "ADN enlazador" (aproximadamente 20-80 nucleótidos de longitud) entre los nucleosomas, lo que ayuda a estabilizar la fibra de cromatina en zigzag de 30 nm. Se ha aprendido mucho sobre la histona H1 a partir de estudios sobre fibras de cromatina purificadas. La extracción iónica de histonas enlazadoras de cromatina nativa o reconstituida promueve su despliegue en condiciones hipotónicas desde fibras de 30 nm de ancho hasta conjuntos de nucleosomas de cuentas en una cuerda.

No está claro si H1 promueve una fibra de cromatina similar a un solenoide, en la que el ADN del conector expuesto se acorta, o si simplemente promueve un cambio en el ángulo de los nucleosomas adyacentes, sin afectar la longitud del conector. Sin embargo, se ha demostrado que las histonas del conector impulsan la compactación de las fibras de cromatina que habían sido reconstituidas in vitro utilizando matrices de ADN sintético de las fibras fuertes '601' elemento de posicionamiento de nucleosomas. Los experimentos de digestión con nucleasa y huella de ADN sugieren que el dominio globular de la histona H1 se localiza cerca de la díada del nucleosoma, donde protege aproximadamente entre 15 y 30 pares de bases de ADN adicionales. Además, los experimentos con cromatina reconstituida revelan un motivo de tallo característico en la díada en presencia de H1. A pesar de las lagunas en nuestra comprensión, ha surgido un modelo general en el que el dominio globular de H1 cierra el nucleosoma entrecruzando el ADN entrante y saliente, mientras que la cola se une al ADN conector y neutraliza su carga negativa.

Se han realizado muchos experimentos que abordan la función de H1 en cromatina procesada y purificada en condiciones de bajo contenido de sal, pero el papel de H1 in vivo es menos seguro. Los estudios celulares han demostrado que la sobreexpresión de H1 puede provocar una morfología nuclear y una estructura de la cromatina aberrantes, y que H1 puede servir como regulador de la transcripción tanto positivo como negativo, según el gen. En los extractos de huevos de Xenopus, el agotamiento de las histonas del conector provoca una extensión longitudinal de ~2 veces de los cromosomas mitóticos, mientras que la sobreexpresión hace que los cromosomas se hipercompacten en una masa inseparable. No se ha logrado la eliminación completa de H1 in vivo en organismos multicelulares debido a la existencia de múltiples isoformas que pueden estar presentes en varios grupos de genes, pero varias isoformas de histonas enlazadoras se han agotado en diversos grados en Tetrahymena, C. elegans, Arabidopsis, fruta. mosca y ratón, lo que da lugar a diversos defectos específicos del organismo en la morfología nuclear, la estructura de la cromatina, la metilación del ADN y/o la expresión genética específica.

Dinámica

Si bien la mayor parte de la histona H1 en el núcleo está unida a la cromatina, las moléculas H1 se desplazan entre regiones de cromatina a un ritmo bastante alto.

Es difícil entender cómo una proteína tan dinámica podría ser un componente estructural de la cromatina, pero se ha sugerido que el equilibrio en estado estacionario dentro del núcleo todavía favorece fuertemente la asociación entre H1 y la cromatina, lo que significa que a pesar de su dinámica, la gran mayoría de H1 en un momento dado está unida a cromatina. H1 compacta y estabiliza el ADN bajo fuerza y durante el ensamblaje de la cromatina, lo que sugiere que la unión dinámica de H1 puede proporcionar protección al ADN en situaciones en las que es necesario eliminar los nucleosomas.

Los factores citoplasmáticos parecen ser necesarios para el intercambio dinámico de la histona H1 en la cromatina, pero aún no se han identificado específicamente. La dinámica H1 puede estar mediada hasta cierto punto por O-glicosilación y fosforilación. La O-glicosilación de H1 puede promover la condensación y compactación de la cromatina. Se ha demostrado que la fosforilación durante la interfase disminuye la afinidad de H1 por la cromatina y puede promover la descondensación de la cromatina y la transcripción activa. Sin embargo, durante la mitosis se ha demostrado que la fosforilación aumenta la afinidad de H1 por los cromosomas y, por lo tanto, promueve la condensación de los cromosomas mitóticos.

Isoformas

La familia H1 en animales incluye múltiples isoformas H1 que pueden expresarse en tejidos y etapas de desarrollo diferentes o superpuestos dentro de un solo organismo. La razón de estas múltiples isoformas aún no está clara, pero tanto su conservación evolutiva desde el erizo de mar hasta los humanos como las diferencias significativas en sus secuencias de aminoácidos sugieren que no son funcionalmente equivalentes. Una isoforma es la histona H5, que solo se encuentra en los eritrocitos de las aves, que se diferencian de los eritrocitos de los mamíferos en que tienen núcleos. Otra isoforma es la isoforma H1M ovocito/cigótica (también conocida como B4 o H1foo), que se encuentra en erizos de mar, ranas, ratones y humanos, que es reemplazada en el embrión por las isoformas somáticas H1A-E y H10, que se parece a H5. A pesar de tener más cargas negativas que las isoformas somáticas, H1M se une con mayor afinidad a los cromosomas mitóticos en los extractos de huevos de Xenopus.

Modificaciones postraduccionales

Al igual que otras histonas, la familia de histonas H1 está ampliamente modificada postraduccionalmente (PTM). Esto incluye la fosforilación de serina y treonina, acetilación de lisina, metilación de lisina y ubiquitinación. Estos PTM cumplen una variedad de funciones, pero están menos estudiados que los PTM de otras histonas.