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ヒストンH2Bは、真核細胞の クロマチン構造に関与する5つの主要なヒストン タンパク質の1つです。主な球状ドメインと長いN末端およびC末端テールを特徴とするH2Bは、ヌクレオソームの構造に関与しています。[1]
構造
ヒストン H2B は、126 個のアミノ酸からなる軽量の構造タンパク質です。[2]これらのアミノ酸の多くは、細胞pHで正に帯電しており、 DNA内の負に帯電したリン酸基と相互作用することができます。[3]ヒストン H2B には、中央の球状ドメインとともに、外側に伸びる 2 つの[検証が必要]柔軟なヒストン テールがあります。1 つは N 末端に、もう 1 つは C 末端にあります。これらは、クロマチンをビーズ状の構造から 30 nm の繊維に凝縮することに大きく関与しています。[3]他のヒストン タンパク質と同様に、ヒストン H2B には、ヒストン間およびヒストンと DNA の相互作用に最適化された独特のヒストン フォールドがあります。 [1]
ヒストン H2B の 2 つのコピーが、ヒストン H2A、ヒストン H3、ヒストン H4のそれぞれ 2 つのコピーと結合して、ヌクレオソームのオクタマー コアを形成し[2] 、 DNAに構造を与えます。[3]この形成を促進するために、ヒストン H2B は最初にヒストン H2Aに結合してヘテロ二量体を形成します。[2]これらのヘテロ二量体のうち 2 つは、ヒストン H3とヒストン H4からなるヘテロ四量体と結合し、ヌクレオソームに特徴的な円盤型を与えます。 [3]次に、 DNAは、約 160 塩基対のDNAのグループでヌクレオソーム全体に巻き付きます。[1]すべてのクロマチンがヌクレオソームにパッケージされるまで、巻き付きは続きます。 [4]
関数
ヒストンH2Bは真核生物のDNAを整理するのに役立つ構造タンパク質です。[5]核生物学において、染色体のパッケージングと維持、[5]転写の調節、DNAの複製と修復に重要な役割を果たしています。 [2]ヒストンH2Bは、翻訳後修飾と特殊なヒストン変異体を通じてクロマチンの構造と機能を制御するのに役立ちます。 [4]
アセチル化とユビキチン化は、ヒストン H2B の機能に特別な影響を与える 2 つの翻訳後修飾の例です。ヒストン尾部の過剰アセチル化は、ヒストン-DNA およびヌクレオソーム-ヌクレオソーム相互作用を弱め、DNA 結合タンパク質がクロマチンにアクセスするのに役立ちます。 [6]さらに、特定のリジン残基のアセチル化は、特定の転写およびクロマチン制御タンパク質の臭素含有ドメインに結合します。このドッキングにより、これらのタンパク質が染色体の正しい領域にリクルートされやすくなります。ユビキチン化されたヒストン H2B は、活発な転写領域によく見られます。[6]クロマチンリモデリングを促進することで、転写伸長を刺激し、転写の複数の要素を制御するさらなる修飾の準備を整えます。[6]具体的には、ヒストン H2B 上のユビキチンはクロマチン領域を開いて展開し、転写機構がDNAのプロモーター領域とコーディング領域にアクセスできるようにします。[7]
ヒストンH2Bのアイソフォームのうち、詳細に研究されているのはほんのわずかですが、研究者らはヒストンH2Bの変異体が重要な役割を果たすことを発見しました。特定の変異体が機能しなくなると、セントロメアが正しく形成されず、ゲノムの完全性が失われ、DNA損傷応答が抑制されます。 [4]具体的には、一部の下等真核生物では、ヒストンH2Bの変異体がH2AZと呼ばれるヒストンH2Aの変異体に結合し、活性遺伝子に局在し、それらの領域での転写をサポートします。マウスでは、H2BEと呼ばれる変異体が嗅覚遺伝子の発現の制御に役立ちます。これは、ヒストンH2Bのアイソフォームが異なる組織で特殊な機能を持つ可能性があるという考えを裏付けています。[4]
DNA損傷反応
DNA損傷に反応してヒストンH2Bがユビキチン化されることは、 DNA修復を適時に開始するために重要である。 [ 8] ユビキチン化酵素RNF20 /RNF40はヒストンH2Bの位置K120を特異的に修飾し、この修飾は相同組換えおよび非相同末端結合の経路による修復に必要な因子を損傷DNAにリクルートするために必要である。[8]
アイソフォーム
ヒトにはヒストン H2B の変異体が 16 種類存在し、そのうち 13 種類は通常の体細胞で発現し、3 種類は精巣でのみ発現します。これらの変異体はアイソフォームとも呼ばれ、通常のヒストン H2B と構造的に非常に類似していますが、アミノ酸配列に特定の変異が見られます。[4] ヒストン H2B のすべての変異体には同じ数のアミノ酸が含まれており、配列の変異の数はわずかです。2 ～ 5 個のアミノ酸のみが変化しますが、これらの小さな違いでもアイソフォームの高次構造が変化する可能性があります。[4]
ヒストンH2Bアイソフォームは他のタンパク質と異なる相互作用をし、クロマチンの特定の領域に存在し、翻訳後修飾の種類と数も異なり、通常のヒストンH2Bよりも安定性が高い。これらの違いが蓄積され、アイソフォームは独自の機能を持ち、異なる組織で異なる機能を果たすようになる。[4]
多くのヒストンH2Bアイソフォームは、DNA複製とは独立して発現します。これらは細胞周期のすべての段階で同じレベルで生成されます。通常のヒストンH2Bは、DNAが複製される細胞周期のS期にのみヌクレオソームに追加されます。ヒストンH2Bアイソフォームは、細胞周期の他の時期にヌクレオソームに追加できます。[4] H2Bのヒストンバリアントは、「HistoneDB with Variants」データベースを使用して調べることができます。
翻訳後修飾
ヒストンH2Bは、いくつかのタイプの翻訳後修飾の組み合わせによって修飾されます。[1]これらの修飾はクロマチンの構造的および機能的組織に影響を及ぼし、[9]その大部分は、アミノ酸残基がよりアクセスしやすいヌクレオソームの球状ドメインの外側に見られます。[7]考えられる修飾には、アセチル化、メチル化、リン酸化、ユビキチン化、およびSUMO化が含まれます。[9]アセチル化、リン酸化、およびユビキチン化は、ヒストンH2Bの最も一般的で最も研究されている修飾です。
アセチル化
遺伝子のプロモーター領域とコード領域の両方に存在するヒストンH2Bタンパク質には、N末端テールにある特定のリジン残基に特定の高アセチル化と低アセチル化のパターンが含まれています。 [9]アセチル化は、転写活性化中に遺伝子プロモーターで作用する特定のヒストンアセチルトランスフェラーゼに依存しています。[1]アミノ酸テールのいくつかの位置の1つにあるリジン残基にアセチル基を追加すると、転写の活性化に寄与します。[3]実際、科学者は、 H2BK5acなどのヒストンH2BのN末端テールのアセチル化は、遺伝子転写の制御において非常に重要な部分であると考えています。[9]
お-GlcNAc化
H2B S112をO -GlcNAcで修飾するとK112のモノユビキチン化が促進され、転写活性化領域と関連すると考えられている。[10]
リン酸化
ヒストンH2Bでは、リン酸化セリンまたはスレオニン残基が転写を活性化します。[3]細胞が代謝ストレスを受けると、AMP活性化タンパク質キナーゼがDNA上のプロモーターおよびコーディング領域のヒストンH2Bの位置36のリジンをリン酸化します。これにより、転写伸長が制御されます。[2]細胞が複数のアポトーシス刺激を受けると、カスパーゼ3がMst1キナーゼを活性化し、すべてのヒストンH2Bタンパク質の位置14のセリンをリン酸化します。これにより、クロマチン凝縮が促進されます。DNA損傷は、より局所的な規模でこれと同じ反応を非常に迅速に誘発し、 DNA修復を促進します。[2]
ユビキチン化
ユビキチン残基は通常、ヒストン H2B の位置 120 のリジンに付加される。このリジン残基をユビキチン化すると転写が活性化される。[3] 近年、科学者らは他のユビキチン化部位を発見したが、現時点では十分に研究も理解もされていない。[4]ユビキチン結合酵素とユビキチンリガーゼは、ヒストン H2B のユビキチン化を制御する。これらの酵素は共転写を利用してユビキチンをヒストン H2B に結合させる。ヒストン H2B のユビキチン化レベルは細胞周期を通じて変化する。すべてのユビキチン部分は中期にヒストン H2B から除去され、後期に再結合される。[7]
遺伝学
ヒストン H2B のアミノ酸配列は進化的に高度に保存されている。遠縁の種でさえ、ヒストン H2B タンパク質は非常によく似ている。[3]ヒストン H2B ファミリーには、多種多様な種から 214 のメンバーが含まれている。ヒトでは、ヒストン H2B は 23 の異なる遺伝子によってコードされており[11]、そのいずれもイントロンを含まない。[2]これらの遺伝子はすべて、染色体 6のヒストンクラスター 1と染色体 1のクラスター 2 およびクラスター 3に位置する。各遺伝子クラスターでは、ヒストン H2B 遺伝子は、ヒストン H2Aをコードする配列を持つプロモーター領域を共有している。ヒストンクラスター内のすべての遺伝子はS 期に高レベルで転写されるが、個々のヒストン H2B 遺伝子は細胞周期の他の時期にも発現される。それらは、クラスタープロモーター配列とそれらの特定のプロモーター配列によって二重に制御されている。[4]
参照
参考文献
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