Histoonid on rakutuumade komponent. Nende esinemine on ainuraksete organismide (bakterid) ja mitmerakulised organismid (inimesed, loomad või taimed). Ainult väga vähesed bakteritüved omavad seda valgud mis sarnanevad histoonidega. Evolution on tootnud histoone, et paremini ja tõhusamalt mahutada kõrgema organismi rakkudesse väga pikk DNA ahel, mida nimetatakse ka geneetiliseks materjaliks. Seda seetõttu, et kui inimese genoom oleks haavatud, oleks see kokku umbes 1-2 m pikk, sõltuvalt sellest, millises raku staadiumis rakk asub.
Mis on histoonid?
Kõrgemalt arenenud organismides leidub histoone rakkude tuumades ja nende positiivse laengu tase on kõrge aminohapped (peamiselt lüsiini ja arginiini). Histoon valgud on jagatud viide põhirühma - H1, H2A, H2B, H3 ja H4. Erinevate organismide vahel erinevad nelja rühma H2A, H2B, H3 ja H4 aminohappelised järjestused vähe, samas kui linkiva histooni H1 osas on rohkem erinevusi. Tuumas punases veri lindude rakkudes on H1 isegi täielikult asendatud teise suurema histoonirühmaga, nimega H5. Järjestuse kõrge sarnasusaste enamikus histoonides valgud tähendab, et enamikus organismides toimub DNA “pakkimine” samamoodi ja sellest tulenev kolmemõõtmeline struktuur on histooni funktsioneerimiseks võrdselt efektiivne. Seega peab histoonide areng evolutsiooni käigus toimuma väga varakult ja seda pidama sel viisil, isegi enne imetajate või inimeste arengut.
Anatoomia ja struktuur
Kord üksikisiku uus DNA ahel alused (nn nukleotiidid) moodustub rakus, see peab olema "pakitud". Selleks dimeriseeruvad histoonvalgud, millest igaüks moodustab kaks tetrameeri. Lõpuks koosneb histoonituum kahest tetrameerist, histoonoktamerist, mille ümber DNA ahel mähib ja osaliselt tungib. Seega on histooni oktamer keerdunud DNA ahelas kolmemõõtmelises struktuuris. Kaheksa histoonvalku koos DNA-ga nende ümber moodustavad nukleosoomi üldise kompleksi. Kahe nukleosoomi vahelist DNA piirkonda nimetatakse linker-DNA-ks ja see hõlmab umbes 20-80 nukleotiidi. Linker-DNA vastutab DNA histoonoktamerisse sisenemise ja sealt väljumise eest. Seega koosneb nukleosoom umbes 146 nukleotiidist, linker-DNA osast ja kaheksast histoonvalgust, nii et 146 nukleotiidi ümbritsevad histooni oktameeri ümber 1.65 korda. Lisaks on iga nukleosoom seotud H1 molekuliga, nii et linkeri histoon hoiab DNA sisenemis- ja väljumiskohti koos, suurendades DNA kompaktsust. Nukleosoom on umbes 10-30 nm läbimõõduga. Moodustub palju nukleosoome kromatiin, pikk DNA-histooni ahel, mis näeb välja nagu elektronmikroskoobi all olev helmeste string. Nukleosoomid on “helmed”, mis on ümbritsetud või ühendatud stringitaolise DNA-ga. Üsna paljud mitte-histoonvalgud toetavad üksikute nukleosoomide või kogu moodustumist kromatiin, mis lõpuks moodustab indiviidi kromosoomid kui rakk peab jagunema. Kromosoomid on maksimaalne kondenseerumise tüüp kromatiin ja on nähtavad valgusmikroskoopia abil raku tuuma jagunemise ajal.
Funktsioon ja ülesanded
Nagu eelpool mainitud, on histoonid positiivse laenguga aluselised valgud, mistõttu nad toimivad elektrostaatilise ligitõmbamise kaudu negatiivse laenguga DNA-ga. DNA „ümbritseb“ histooni oktameere nii, et DNA muutub kompaktsemaks ja sobib iga raku tuuma. Selles protsessis on H1-l pealmise kromatiini struktuuri tihendamine ja see takistab tavaliselt transkriptsiooni ja seega translatsiooni, st selle DNA osa translatsiooni valkudeks mRNA kaudu. Sõltuvalt sellest, kas rakk “puhkab” (faaside vahel) või jaguneb, on kromatiin vähem või rohkem kondenseerunud, st pakitud. Interfaasides on kromatiini suured osad vähem kondenseerunud ja seetõttu saab neid transkribeerida mRNA-deks, st lugeda ja hiljem valkudeks teisendada. Seega reguleerivad histoonid geen geenide aktiivsust nende läheduses ning võimaldavad transkriptsiooni ja mRNA ahelate moodustumist. Kui rakk siseneb raku jagunemisse, ei muundata DNA valkudeks, vaid jaotub ühtlaselt kahe moodustunud tütreraku vahel. Seetõttu on kromatiin väga kondenseerunud ja lisaks histoonide poolt stabiliseeritud kromosoomid muutuvad nähtavaks ja neid saab paljude teiste histoonivabade valkude abil jagada uutele rakkudele.
Haigused
Histoonid on uue elusolendi tekkimisel hädavajalikud. Kui histoonigeenide mutatsioonide tõttu ei saa üht või mitut histoonvalku moodustada, ei ole see organism elujõuline ja edasine areng lõpetatakse enneaegselt. See on peamiselt tingitud histoonide kõrgest järjestuse säilimisest. Kuid juba mõnda aega on teada, et lastel ja täiskasvanutel on mitmesugused pahaloomulised kasvajad aju kasvajate korral võivad kasvajarakkude erinevates histoonigeenides esineda mutatsioone. Eriti nn glioomid, on kirjeldatud histooni geenide mutatsioone. Samuti on nendes kasvajates avastatud piklikud kromosoomi otsatükid. Need, nn telomeerid, kromosoomide pikaealisuse eest vastutavad tavaliselt kromosoomide otsalõigud. Selles kontekstis näib, et piklikud telomeerid histoonmutatsioonidega kasvajate korral annavad need degeneratsioonirakud ellujäämise eelise. Vahepeal muud tüüpi vähk on teada, et neil on mutatsioonid erinevates histoonigeenides ja nad toodavad seega muteerunud histoonvalke, mis ei täida oma regulatiivseid ülesandeid või täidavad seda ainult halvasti. Neid järeldusi kasutatakse praegu ravi eriti pahaloomuliste ja agressiivsete kasvajate korral.
