Histonen zijn een onderdeel van celkernen. Hun aanwezigheid is een onderscheidend kenmerk tussen eencellige organismen (bacteriën) en meercellige organismen (mensen, dieren of planten). Slechts een paar bacteriestammen bezitten eiwitten die lijken op histonen. Evolutie heeft histonen geproduceerd om de zeer lange DNA-keten, ook wel genetisch materiaal genoemd, beter en effectiever te huisvesten in de cellen van hogere organismen. Dit komt omdat als het menselijk genoom uit elkaar zou worden gewikkeld, het in totaal ongeveer 1-2 m lang zou zijn, afhankelijk van in welk celstadium een cel zich bevindt.
Wat zijn histonen?
In hoger ontwikkelde organismen worden histonen aangetroffen in de kernen van cellen en zijn ze hoog in positief geladen aminozuren (hoofdzakelijk lysine en arginine Histone eiwitten zijn onderverdeeld in vijf hoofdgroepen - H1, H2A, H2B, H3 en H4. Tussen verschillende organismen verschillen de aminozuursequenties van de vier groepen H2A, H2B, H3 en H4 weinig, terwijl er meer verschillen bestaan voor H1, een koppelingshiston. In het genucleëerde rood bloed cellen van vogels, wordt H1 zelfs volledig vervangen door een andere belangrijke histongroep, genaamd H5. De hoge mate van sequentie-overeenkomst in de meeste histonen eiwitten betekent dat in de meeste organismen de "verpakking" van DNA op dezelfde manier plaatsvindt, en dat de resulterende driedimensionale structuur even effectief is voor de histonfunctie. In de loop van de evolutie moet de ontwikkeling van histonen dus heel vroeg hebben plaatsgevonden en op deze manier zijn gehandhaafd, zelfs voordat zoogdieren of mensen evolueerden.
Anatomie en structuur
Eens een nieuwe DNA-keten van individu bases (genaamd nucleotiden) wordt gevormd in een cel, het moet 'verpakt' zijn. Om dit te doen, dimeriseren histoneiwitten, die vervolgens elk twee tetrameren vormen. Ten slotte bestaat een histon-kern uit twee tetrameren, de histone-octameer, waaromheen de DNA-streng wikkelt en gedeeltelijk doordringt. Het histon-octameer bevindt zich dus in de driedimensionale structuur binnen de opgerolde DNA-streng. De acht histoneiwitten met het DNA eromheen vormen het totale complex van een nucleosoom. Het DNA-gebied tussen twee nucleosomen wordt linker-DNA genoemd en omvat ongeveer 20-80 nucleotiden. Linker-DNA is verantwoordelijk voor het "binnenkomen" en "verlaten" van DNA in de histon-octameer. Een nucleosoom bestaat dus uit ongeveer 146 nucleotiden, een linker-DNA-gedeelte en acht histoneiwitten, zodat de 146 nucleotiden 1.65 keer om het histon-octameer wikkelen. Verder is elk nucleosoom geassocieerd met een H1-molecuul, zodat de ingangs- en uitgangsplaatsen van het DNA bij elkaar worden gehouden door de linker histon, waardoor de compactheid van het DNA toeneemt. Een nucleosoom heeft een diameter van ongeveer 10-30 nm. Er worden veel nucleosomen gevormd chromatine, een lange DNA-histon-ketting die eruitziet als een kralenketting onder de elektronenmicroscoop. De nucleosomen zijn de "kralen" die zijn omgeven of verbonden door het stringachtige DNA. Heel wat niet-histon-eiwitten ondersteunen de vorming van de individuele nucleosomen of het geheel chromatine, dat uiteindelijk het individu vormt chromosomen wanneer een cel zich moet delen. Chromosomen zijn het maximale type condensatie van chromatine en zijn zichtbaar met lichtmicroscopie tijdens nucleaire deling van een cel.
Functie en taken
Zoals hierboven vermeld, zijn histonen basiseiwitten met een positieve lading, dus ze interageren met negatief geladen DNA door elektrostatische aantrekking. Het DNA 'wikkelt zich rond' de histon-octameren op een zodanige manier dat het DNA compacter wordt en in de kern van elke cel past. In dit proces heeft de H1 de functie van verdichting van de bovengeschikte chromatinestructuur en verhindert gewoonlijk transcriptie en dus translatie, dwz de vertaling van dit DNA-deel in eiwitten via een mRNA. Afhankelijk van of de cel "rust" (interfase) of deelt, is de chromatine minder of meer gecondenseerd, dwz verpakt. In interfase zijn grote porties chromatine minder gecondenseerd en kunnen daarom worden getranscribeerd in mRNA's, dwz gelezen en later vertaald in eiwitten. Histonen reguleren dus de gen activiteit van individuele genen in hun omgeving en maken transcriptie en de vorming van mRNA-strengen mogelijk. Wanneer een cel de celdeling ingaat, wordt het DNA niet vertaald in eiwitten, maar wordt het gelijkmatig verdeeld over de twee dochtercellen die worden gevormd. Daarom is het chromatine sterk gecondenseerd en bovendien gestabiliseerd door de histonen chromosomen worden zichtbaar en kunnen met behulp van vele andere niet-histoneiwitten naar de nieuw gevormde cellen worden gedistribueerd.
Ziekten
Histonen zijn essentieel bij de vorming van een nieuw levend wezen. Als door mutaties in de histon-genen een of meer van de histoneiwitten niet gevormd kunnen worden, is dat organisme niet levensvatbaar en wordt de verdere ontwikkeling voortijdig beëindigd. Dit komt voornamelijk door de hoge sequentieconservering van histonen. Het is echter al enige tijd bekend dat bij kinderen en volwassenen met verschillende kwaadaardige hersenen tumoren kunnen mutaties optreden in de verschillende histon-genen van de tumorcellen. Vooral in zogenaamde gliomenzijn mutaties in de histon-genen beschreven. Ook zijn in deze tumoren langwerpige chromosoom-eindstukken ontdekt. Deze, genaamd telomerenzijn eindsecties van de chromosomen normaal gesproken verantwoordelijk voor de levensduur van de chromosomen. In deze context lijkt het erop dat de langwerpige telomeren in de tumoren met histonmutaties geven deze gedegenereerde cellen een overlevingsvoordeel. Ondertussen zijn andere soorten kanker het is bekend dat ze mutaties hebben in de verschillende histon-genen en dus gemuteerde histoneiwitten produceren die hun regulerende taken niet of slechts slecht uitvoeren. Deze bevindingen worden momenteel gebruikt om vormen van te ontwikkelen therapie ook voor bijzonder kwaadaardige en agressieve tumoren.
