Istoni
Gli istoni sono una famiglia di proteine di piccole dimensioni, altamente conservate nel corso dell’evoluzione eucariotica. Svolgono un ruolo fondamentale nel compattamento del DNA all’interno del nucleo cellulare e nella regolazione epigenetica dell’espressione genica.
Caratteristiche Generali e Carica
La caratteristica chimica principale degli istoni è la loro spiccata basicità:
- Sono ricchi di amminoacidi carichi positivamente a pH fisiologico, in particolare lisina e arginina.
- Questa forte carica netta positiva permette agli istoni di interagire spontaneamente e con elevata affinità con i gruppi fosfato (carichi negativamente) che costituiscono l’ossatura esterna del DNA a doppia elica.
- L’interazione risultante è di tipo elettrostatico non specifico rispetto alla sequenza nucleotidica.
Classificazione
Gli istoni si dividono in due classi funzionali principali:
- Istoni Core (o nucleosomici): H2A, H2B, H3 e H4. Sono le quattro proteine che si associano in coppie per costituire l’ottamero istonico al centro del Nucleosoma.
- Istoni Linker: H1 (e varianti). Interagiscono con il DNA linker esternamente al core nucleosomico (vedi Istone H1).
Struttura Molecolare
Ciascuna delle quattro proteine istoniche core presenta un’organizzazione strutturale definita e suddivisa in due regioni principali:
1. Dominio Globulare (o Histone Fold)
Il dominio globulare costituisce la porzione strutturale centrale dell’istone, responsabile della stabilità e dell’assemblaggio del nucleosoma.
- Presenta un motivo strutturale caratteristico formato da 3 alfa-eliche: un’elica centrale maggiore e due eliche minori poste perpendicolarmente a essa.
- Le diverse subunità istoniche interagiscono reciprocamente attraverso un meccanismo definito dominio a stretta di mano (Handshake Domain): le alfa-eliche lunghe di due istoni complementari entrano in stretto contatto e l’interazione viene stabilizzata e saldata dal posizionamento delle alfa-eliche più corte.
- I domini globulari sono autosufficienti: se isolati sperimentalmente tramite rimozione enzimatica delle code, mantengono l’integrità strutturale dell’ottamero e la stabilità della fibra cromatinica da 10 nm.
2. Code Amminoterminali
Da ciascuno dei quattro istoni core completi si estende una coda polipeptidica amminoterminale () che sporge all’esterno del core proteico del nucleosoma.
- Struttura: Le code amminoterminali sono generalmente prive di struttura secondaria organizzata (conformazione intrinsecamente disordinata).
- Proprietà elettriche: Sono densamente cariche positivamente a causa dell’abbondanza di residui basici.
- Verifica Sperimentale: Aggiungendo proteasi blande a nucleosomi stabili in soluzione, le code esterne vengono digerite per prime grazie alla loro accessibilità spaziale. La rimozione delle code non compromette l’integrità strutturale della fibra da 10 nm.
- Ruolo Biologico: Sebbene ininfluenti per il mantenimento strutturale di base della fibra da 10 nm, le code sono essenziali per la regolazione epigenetica. I residui amminoacidici delle code subiscono modificazioni post-traduzionali (acetilazione, metilazione, fosforilazione) che modificano l’accessibilità della cromatina ai fattori di trascrizione (vedi Cromatina ed Epigenetica).
Varianti Istoniche
(Integrazione da: sbobina 28) Oltre agli istoni core classici (H2A, H2B, H3, H4) ed all’istone linker H1, nel genoma eucariotico esistono delle varianti istoniche (o istoni core sostitutivi). Queste varianti presentano caratteristiche strutturali e funzionali specifiche che fungono da “etichette epigenetiche” per marcare regioni genomiche particolari:
- Marcatura Centromerica: Esiste una variante istonica specifica che viene incorporata a livello del centromero. Questa variante presenta una porzione strutturale che protrude all’esterno del nucleosoma; tale sporgenza viene letta e riconosciuta dal macchinario cellulare come segnale di posizionamento del centromero, guidando il corretto legame delle fibre del fuso mitotico durante la divisione cellulare.
- Altre Varianti: Altre varianti istoniche segnalano se una specifica regione debba essere mantenuta in uno stato altamente trascritto (eucromatina aperta) oppure condensata (eterocromatina chiusa).
Le varianti istoniche rappresentano la terza categoria di complessi di regolazione della struttura della cromatina (vedi Rimodellamento della Cromatina).
🔗 Collegamenti
- Nucleosoma — 📋 fa parte di
- Istone H1 — 🔄 diagnosi differenziale / confronto
- Compattazione della Cromatina — 📋 fa parte di
- Cromatina ed Epigenetica — 📋 fa parte di
- Rimodellamento della Cromatina — 📋 fa parte di
- Modificazioni Post-Traduzionali degli Istoni — 🔗 stesso meccanismo