هیستون اچ۳

هیستون H3 یکی از پنج هیستون اصلی است که در ساختار کروماتین در سلولهای یوکاریوتی وجود دارد.^[1][2] H3 با داشتن یک ناحیه اصلی کروی و یک دم طولانی N- ترمینال بر روی ساختار 'beads on a string' نوکلئوزوم قرار گرفته‌است. پروتئین‌های هیستون به‌طور گسترده پس از ترجمه اصلاح شده‌اند، اما هیستون H3 بسیار بیشتر از پنج هیستون دیگر اصلاح شده‌است. هیستون H3 پروتئین مهمی در زمینه ظهور اپی ژنتیک است، و گمان می‌رود توالی انواع آن و تغییرهای مختلف پس از ترجمه نقش مهمی در تنظیم بلند مدت ژن‌ها دارند.

H3 histone, family 3A (H3.3A)
شناساگرها
نماد	H3F3A
نمادهای دیگر	H3F3
آنتره	۳۰۲۰
HUGO	۴۷۶۴
میراث مندلی در انسان	۶۰۱۱۲۸
RefSeq	NM_002107
یونی‌پورت	Q66I33
اطلاعات دیگر
جایگاه	Chr. 1 q۴۱

H3 histone, family 3B (H3.3B)
شناساگرها
نماد	H3F3B
آنتره	۳۰۲۱
HUGO	۴۷۶۵
میراث مندلی در انسان	۶۰۱۰۵۸
RefSeq	NM_005324
یونی‌پورت	P84243
اطلاعات دیگر
جایگاه	Chr. 17 q۲۵

وراژنتیک و تغییرات پس از ترجمه

پایانه N هیستون H3 از هسته کروی نوکلئوزوم مستعد تغییرات پس از ترجمه است که فرایندهای سلولی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این تغییرات شامل پیوند کووالانسی گروه‌های متیل یا استیل (گروه عاملی) به اسیدهای آمینه لیزین و آرژینین و فسفوریله شدن سرین یا ترئونین می‌باشد. دی- و تری متیلاسیون لیزین ۹ با سرکوب و هتروکروماتین در ارتباط است، در حالی که متیلاسیون K4 با ژنهای فعال در ارتباط است.^[3][4] استیله شدن هیستون H3 در چندین جایگاه لیزین در دم هیستون توسط آنزیم‌های هیستون استیل ترانسفراز (HAT) انجام می‌شود. استیله شدن لیزین۱۴ معمولاً در ژنهایی مشاهده می‌شود که به‌طور فعال در RNA رونویسی می‌شوند.

انواع توالی

سلولهای پستانداران هفت نوع دنباله شناخته شده هیستون H3 دارند. اینها به عنوان هیستون H3.1، هیستون H3.2، هیستون H3.3، هیستون (H3.4 (H3T، هیستون H3.5، هیستون H3.X و هیستون H3.Y نام گذاری شده‌اند و توالی‌های بسیار محافظت شده‌ای دارند که فقط در چند اسید آمینه متفاوت هستند.^[5][6] مشخص شده‌است که هیستون H3.3 در طول پیشرفت پستانداران نقش مهمی در حفظ ژنوم داشته‌است.^[7] انواع هیستون در موجودات مختلف، طبقه‌بندی آنها و ویژگی‌های خاص انواع را می‌توان در پایگاه داده "HistoneDB - با متغیرها" یافت.

H3 هیستون توسط ژن‌های مختلفی در ژنوم انسان کدگذاری شده‌است، از جمله:

• H3.1: HIST1H3A , HIST1H3B , HIST1H3C , HIST1H3D , HIST1H3E , HIST1H3F , HIST1H3G , HIST1H3H , HIST1H3I , HIST1H3J
• H3.2: HIST2H3A , HIST2H3C , HIST2H3D
• H3.3: H3F3A , H3F3B

اعتیاد

اصلاحات اپی ژنتیکی دمهای هیستونی در نواحی خاص مغز از اهمیت ویژه ای در اعتیاد برخوردار است و بخش اعظم کار روی اعتیاد بر اصلاحات اپی ژنتیک هیستون H3 پس از ترجمه تمرکز دارد.^[8][9] هنگامی که تغییرات اپی ژنتیکی خاص رخ می‌دهد، به نظر می‌رسد آنها «زخم‌های مولکولی» طولانی مدت هستند که ممکن است مسئول پایداری اعتیاد باشند.^[10][11]

افراد سیگاری (حدود ۲۱٪ از جمعیت ایالات متحده^[12]) معمولاً به نیکوتین اعتیاد دارند.^[13] پس از ۷ روز نیکوتین درمانی در موشها، استیلاسیون هر دو هیستون H3 و هیستون H4 در پروموتور FosB در هسته اکومبنس مغز افزایش یافته و باعث افزایش ۶۱٪ در بیان FosB می‌شود.^[14] این اتفاق همچنین بیان دلتا FosB را افزایش می‌دهد. در هسته اکومبنس مغز، Delta FosB به عنوان «سوئیچ مولکولی پایدار» و «پروتئین کنترل اصلی» در گسترش یک اعتیاد عمل می‌کند.^[15][16]

حدود ۷٪ از جمعیت ایالات متحده به الکل معتاد هستند. در موش‌هایی که تا ۵ روز در معرض الکل قرار گرفتند، افزایش استیلاسیون هیستون ۳ لیزین ۹ در پروموتور پروستوسیپتین در مجموعه آمیگدال مغز مشاهده شد. این استیلاسیون یک علامت فعال کننده برای پرونوسایپتین است. سیستم گیرنده مواد افیونی نوکیسپتین / نوسیتپتین در تقویت تأثیرات الکل نقش دارد.^[17]

اعتیاد به کوکائین تقریباً در بین ۰/۵ درصد جمعیت آمریکا رواج دارد. تکرار مصرف کوکائین در موش باعث القاء هایپر استیلاسیون هیستون H3 یا H4 در ۱۶۹۶ ژن در هسته اکومبنس مغز و داستیله شدن در ۲۰۶ ژن شد.^[18][19] حداقل در ۴۵ ژن، مطالعات قبلی نشان داد تنظیم مثبت هسته اکومبنس در موش پس از در معرض قرار گرفتن کوکائین بسیار، نشان داد که با هایپر استیله شدن H3 و H4 همراه بوده‌است. بسیاری از این ژنها مستقیماً با اعتیاد به کوکائین در ارتباط هستند.

واکر و همکارانش در سال ۲۰۱۵ تعداد زیادی از استیلاسیون و متیلاسیون هیستون H3 را که در مغز بر اثر اعتیاد رخ داده بود، به صورت جدول درآوردند.

در نمونه‌های جوندگان، عوامل بسیاری سبب اعتیاد می‌شوند، مثل نیکوتین، الکل، ,کوکائین، هروئین و متامفتامین که باعث آسیب DNA در مغز می‌شوند.^{[20][21][22][23][24][25][26][27][28]} در هنگام ترمیم آسیب DNA، برخی از اتفاقات هنگام ترمیم نواحی آسیب دیده باعث تغییرات اپی ژنتیک دیگر می‌شود.

در سال ۲۰۱۳، تعداد ۲۲٫۷ میلیون نفر بین ۱۲ سال یا بزرگتر نیازمند درمان با substance dependence شدند.

جستارهای وابسته

• سایر پروتئین‌های هیستون:

H1 H2A H2B H4

• هسته ای
• هیستون
• کروماتین

منابع

1. Bhasin M, Reinherz EL, Reche PA (2006). "Recognition and classification of histones using support vector machine" (PDF). Journal of Computational Biology. 13 (1): 102–12. doi:10.1089/cmb.2006.13.102. PMID 16472024.
2. Hartl Daniel L.; Freifelder David; Snyder Leon A. (1988). Basic Genetics. Boston: Jones and Bartlett Publishers. ISBN 978-0-86720-090-4.
3. Rosenfeld JA, Wang Z, Schones DE, Zhao K, DeSalle R, Zhang MQ (March 2009). "Determination of enriched histone modifications in non-genic portions of the human genome". BMC Genomics. 10: 143. doi:10.1186/1471-2164-10-143. PMC 2667539. PMID 19335899.
4. Lachner M, O'Carroll D, Rea S, Mechtler K, Jenuwein T (Mar 2001). "Methylation of histone H3 lysine 9 creates a binding site for HP1 proteins". Nature. 410 (6824): 116–20. Bibcode:2001Natur.410..116L. doi:10.1038/35065132. PMID 11242053.
5. Marzluff WF, Gongidi P, Woods KR, Jin J, Maltais LJ (Nov 2002). "The human and mouse replication-dependent histone genes". Genomics. 80 (5): 487–98. doi:10.1016/S0888-7543(02)96850-3. PMID 12408966.
6. Hake SB, Garcia BA, Duncan EM, Kauer M, Dellaire G, Shabanowitz J, Bazett-Jones DP, Allis CD, Hunt DF (Jan 2006). "Expression patterns and post-translational modifications associated with mammalian histone H3 variants". The Journal of Biological Chemistry. 281 (1): 559–68. doi:10.1074/jbc.M509266200. PMID 16267050.
7. Jang CW, Shibata Y, Starmer J, Yee D, Magnuson T (Jul 2015). "Histone H3.3 maintains genome integrity during mammalian development". Genes & Development. 29 (13): 1377–92. doi:10.1101/gad.264150.115. PMC 4511213. PMID 26159997.
8. Histone-mediated epigenetics in addiction. Prog Mol Biol Transl Sci. Progress in Molecular Biology and Translational Science. Vol. 128. 2014. pp. 51–87. doi:10.1016/B978-0-12-800977-2.00003-6. ISBN 978-0-12-800977-2. PMC 5914502. PMID 25410541.
9. Cadet JL (January 2016). "Epigenetics of Stress, Addiction, and Resilience: Therapeutic Implications". Mol. Neurobiol. 53 (1): 545–560. doi:10.1007/s12035-014-9040-y. PMC 4703633. PMID 25502297.
10. Robison AJ, Nestler EJ (October 2011). "Transcriptional and epigenetic mechanisms of addiction". Nat. Rev. Neurosci. 12 (11): 623–37. doi:10.1038/nrn3111. PMC 3272277. PMID 21989194.
11. Dabin J, Fortuny A, Polo SE (June 2016). "Epigenome Maintenance in Response to DNA Damage". Mol. Cell. 62 (5): 712–27. doi:10.1016/j.molcel.2016.04.006. PMC 5476208. PMID 27259203.
12. Substance Abuse and Mental Health Services Administration, Results from the 2013 National Survey on Drug Use and Health: Summary of National Findings, NSDUH Series H-48, HHS Publication No. (SMA) 14-4863. Rockville, MD: Substance Abuse and Mental Health Services Administration, 2014
13. "Is nicotine addictive?".
14. Levine A, Huang Y, Drisaldi B, Griffin EA, Pollak DD, Xu S, Yin D, Schaffran C, Kandel DB, Kandel ER (November 2011). "Molecular mechanism for a gateway drug: epigenetic changes initiated by nicotine prime gene expression by cocaine". Sci Transl Med. 3 (107): 107ra109. doi:10.1126/scitranslmed.3003062. PMC 4042673. PMID 22049069.
15. Ruffle JK (November 2014). "Molecular neurobiology of addiction: what's all the (Δ)FosB about?". Am J Drug Alcohol Abuse. 40 (6): 428–37. doi:10.3109/00952990.2014.933840. PMID 25083822.
16. Nestler EJ, Barrot M, Self DW (September 2001). "DeltaFosB: a sustained molecular switch for addiction". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (20): 11042–6. doi:10.1073/pnas.191352698. PMC 58680. PMID 11572966.
17. D'Addario C, Caputi FF, Ekström TJ, Di Benedetto M, Maccarrone M, Romualdi P, Candeletti S (February 2013). "Ethanol induces epigenetic modulation of prodynorphin and pronociceptin gene expression in the rat amygdala complex". J. Mol. Neurosci. 49 (2): 312–9. doi:10.1007/s12031-012-9829-y. PMID 22684622.
18. Walker DM, Nestler EJ (2018). Neuroepigenetics and addiction. Handb Clin Neurol. Handbook of Clinical Neurology. Vol. 148. pp. 747–765. doi:10.1016/B978-0-444-64076-5.00048-X. ISBN 978-0-444-64076-5. PMC 5868351. PMID 29478612.
19. Renthal W, Kumar A, Xiao G, Wilkinson M, Covington HE, Maze I, Sikder D, Robison AJ, LaPlant Q, Dietz DM, Russo SJ, Vialou V, Chakravarty S, Kodadek TJ, Stack A, Kabbaj M, Nestler EJ (May 2009). "Genome-wide analysis of chromatin regulation by cocaine reveals a role for sirtuins". Neuron. 62 (3): 335–48. doi:10.1016/j.neuron.2009.03.026. PMC 2779727. PMID 19447090.
20. Kadimisetty K, Malla S, Rusling JF (May 2017). "Automated 3-D Printed Arrays to Evaluate Genotoxic Chemistry: E-Cigarettes and Water Samples". ACS Sensors. 2 (5): 670–678. doi:10.1021/acssensors.7b00118. PMC 5535808. PMID 28723166.
21. Sanner T, Grimsrud TK (2015). "Nicotine: Carcinogenicity and Effects on Response to Cancer Treatment - A Review". Front Oncol. 5: 196. doi:10.3389/fonc.2015.00196. PMC 4553893. PMID 26380225.
22. Rulten SL, Hodder E, Ripley TL, Stephens DN, Mayne LV (July 2008). "Alcohol induces DNA damage and the Fanconi anemia D2 protein implicating FANCD2 in the DNA damage response pathways in brain". Alcohol. Clin. Exp. Res. 32 (7): 1186–96. doi:10.1111/j.1530-0277.2008.00673.x. PMID 18482162.
23. de Souza MF, Gonçales TA, Steinmetz A, Moura DJ, Saffi J, Gomez R, Barros HM (April 2014). "Cocaine induces DNA damage in distinct brain areas of female rats under different hormonal conditions". Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 41 (4): 265–9. doi:10.1111/1440-1681.12218. PMID 24552452.
24. Qiusheng Z, Yuntao Z, Rongliang Z, Dean G, Changling L (July 2005). "Effects of verbascoside and luteolin on oxidative damage in brain of heroin treated mice". Pharmazie. 60 (7): 539–43. PMID 16076083.
25. Johnson Z, Venters J, Guarraci FA, Zewail-Foote M (June 2015). "Methamphetamine induces DNA damage in specific regions of the female rat brain". Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 42 (6): 570–5. doi:10.1111/1440-1681.12404. PMID 25867833.
26. Tokunaga I, Ishigami A, Kubo S, Gotohda T, Kitamura O (August 2008). "The peroxidative DNA damage and apoptosis in methamphetamine-treated rat brain". J. Med. Invest. 55 (3–4): 241–5. doi:10.2152/jmi.55.241. PMID 18797138.
27. Johnson Z, Venters J, Guarraci FA, Zewail-Foote M (June 2015). "Methamphetamine induces DNA damage in specific regions of the female rat brain". Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 42 (6): 570–5. doi:10.1111/1440-1681.12404. PMID 25867833.
28. Tokunaga I, Ishigami A, Kubo S, Gotohda T, Kitamura O (August 2008). "The peroxidative DNA damage and apoptosis in methamphetamine-treated rat brain". J. Med. Invest. 55 (3–4): 241–5. doi:10.2152/jmi.55.241. PMID 18797138.