히스톤

히스톤(Histone)은 진핵세포의 염색질을 구성하는 주요 단백질의 일종이다. DNA는 세포핵 내에 존재하기 위해 히스톤 단백질을 중심으로 감겨져 응축된 형태를 이루는데, 이를 뉴클레오솜이라고 한다. 히스톤은 DNA와 상호작용하여 DNA의 구조를 안정화시키고 유전자 발현을 조절하는 데 중요한 역할을 한다.

히스톤은 분자량이 작고 염기성을 띠는 단백질로, 주로 아미노산인 라이신(Lysine)과 아르기닌(Arginine)이 풍부하게 포함되어 있다. 이러한 염기성 아미노산은 음전하를 띠는 DNA의 인산 그룹과 강하게 결합하여 DNA를 히스톤 중심으로 감는 데 기여한다.

히스톤의 종류:

주요 히스톤 단백질은 다음과 같은 다섯 가지 유형으로 분류된다.

• H1 (또는 H5): 링커 히스톤으로, 뉴클레오솜 사이의 DNA를 결합시켜 염색질 구조를 더욱 응축시키는 역할을 한다. H1은 종에 따라 변이가 많으며, 다른 히스톤에 비해 뉴클레오솜과의 결합력이 약하다.
• H2A: 코어 히스톤 중 하나로, H2B와 함께 헤테로다이머를 형성한다.
• H2B: 코어 히스톤 중 하나로, H2A와 함께 헤테로다이머를 형성한다.
• H3: 코어 히스톤 중 하나로, H4와 함께 헤테로다이머를 형성한다. H3는 히스톤 변형이 가장 많이 일어나는 히스톤 중 하나이다.
• H4: 코어 히스톤 중 하나로, H3와 함께 헤테로다이머를 형성한다. H4는 진화적으로 가장 보존된 히스톤이다.

히스톤 변형:

히스톤은 번역 후 변형(PTM, Post-Translational Modification)을 통해 다양한 방식으로 조절될 수 있다. 히스톤 변형은 DNA와의 결합력에 영향을 미치고, 다른 단백질과의 상호작용을 조절하여 유전자 발현에 영향을 준다. 주요 히스톤 변형으로는 아세틸화(acetylation), 메틸화(methylation), 인산화(phosphorylation), 유비퀴틸화(ubiquitylation) 등이 있다.

• 아세틸화: 히스톤의 라이신 잔기에 아세틸기가 첨가되는 변형으로, 일반적으로 염색질을 이완시켜 유전자 발현을 촉진한다.
• 메틸화: 히스톤의 라이신 또는 아르기닌 잔기에 메틸기가 첨가되는 변형으로, 메틸화 부위와 정도에 따라 유전자 발현을 활성화하거나 억제할 수 있다.
• 인산화: 히스톤의 세린, 트레오닌, 티로신 잔기에 인산기가 첨가되는 변형으로, 세포 분열, DNA 복구, 유전자 발현 등 다양한 세포 과정에 관여한다.

히스톤과 질병:

히스톤 변형의 이상은 암, 신경 질환, 발달 장애 등 다양한 질병과 관련되어 있다. 히스톤 변형을 조절하는 효소의 돌연변이나 비정상적인 활성은 유전자 발현 패턴을 변화시켜 질병을 유발할 수 있다. 따라서 히스톤 변형은 질병의 진단 및 치료를 위한 중요한 표적으로 연구되고 있다.