Peran Rahasia Histones yang Dimainkan dalam Evolusi Sel yang Kompleks


Itulah mengapa Tobias Warnecke, yang mempelajari histon arkea di Imperial College London, berpikir bahwa “ada sesuatu yang istimewa yang pasti terjadi pada awal eukariota, di mana kita bertransisi dari hanya memiliki histon sederhana… menjadi nukleosom oktamerik. Dan mereka tampaknya melakukan sesuatu yang berbeda secara kualitatif. “

Namun, apa itu masih menjadi misteri. Pada spesies archaea, ada “cukup sedikit yang memiliki histon, dan ada spesies lain yang tidak memiliki histon. Dan bahkan yang memiliki histon sangat bervariasi, ”kata Warnecke. Desember lalu, ia menerbitkan makalah yang menunjukkan bahwa ada beragam varian protein histon dengan fungsi berbeda. Kompleks histon-DNA bervariasi dalam stabilitas dan afinitasnya terhadap DNA. Tapi mereka tidak stabil atau teratur seperti nukleosom eukariotik.

Betapapun membingungkannya keragaman histon archaea, ini memberikan kesempatan untuk memahami berbagai cara yang mungkin untuk membangun sistem ekspresi gen. Itu adalah sesuatu yang tidak dapat kami kumpulkan dari “kebosanan” relatif eukariota, Warnecke mengatakan: Melalui pemahaman kombinatorik sistem archaea, “kami juga dapat mengetahui apa yang spesial tentang sistem eukariotik.” Variasi jenis dan konfigurasi histon yang berbeda di archaea juga dapat membantu kita menyimpulkan apa yang mungkin telah mereka lakukan sebelum peran mereka dalam regulasi gen dipadatkan.

Peran Pelindung untuk Histones

Karena archaea adalah prokariota yang relatif sederhana dengan genom kecil, “Saya tidak berpikir bahwa peran asli histon adalah untuk mengontrol ekspresi gen, atau setidaknya tidak dengan cara yang biasa kita lakukan dari eukariota,” kata Warnecke. Sebaliknya, dia berhipotesis bahwa histon mungkin telah melindungi genom dari kerusakan.

Archaea sering hidup di lingkungan yang ekstrim, seperti mata air panas dan ventilasi vulkanik di dasar laut, yang ditandai dengan suhu tinggi, tekanan tinggi, salinitas tinggi, keasaman tinggi atau ancaman lainnya. Menstabilkan DNA mereka dengan histon dapat mempersulit untaian DNA meleleh dalam kondisi ekstrem tersebut. Histon juga dapat melindungi archaea dari penyerang, seperti fag atau elemen transposabel, yang akan lebih sulit untuk diintegrasikan ke dalam genom saat dibungkus dengan protein.

Kurdistani setuju. “Jika Anda mempelajari archaea 2 miliar tahun lalu, pemadatan genom dan regulasi gen bukanlah hal pertama yang terlintas dalam pikiran saat Anda memikirkan tentang histon,” katanya. Faktanya, dia secara tentatif berspekulasi tentang jenis perlindungan kimia yang berbeda yang mungkin ditawarkan histon kepada archaea.

Juli lalu, tim Kurdistani melaporkan bahwa dalam nukleosom ragi, terdapat situs katalitik di antarmuka dua protein histon H3 yang dapat mengikat dan mereduksi tembaga secara elektrokimia. Untuk mengungkap pentingnya evolusi ini, Kurdistani kembali ke peningkatan besar-besaran oksigen di Bumi, Peristiwa Oksidasi Besar, yang terjadi sekitar waktu eukariota pertama kali berevolusi lebih dari 2 miliar tahun yang lalu. Kadar oksigen yang lebih tinggi pasti telah menyebabkan oksidasi global logam seperti tembaga dan besi, yang sangat penting untuk biokimia (walaupun sangat beracun). Setelah teroksidasi, logam akan menjadi kurang tersedia untuk sel, jadi sel mana pun yang menyimpan logam dalam bentuk tereduksi akan memiliki keuntungan.

Selama Peristiwa Oksidasi Hebat, kemampuan untuk mengurangi tembaga akan menjadi “komoditas yang sangat berharga,” kata Kurdistani. Ini mungkin sangat menarik bagi bakteri yang merupakan pelopor mitokondria, karena sitokrom c oksidase, enzim terakhir dalam rantai reaksi yang digunakan mitokondria untuk menghasilkan energi, membutuhkan tembaga agar berfungsi.

Karena archaea hidup di lingkungan yang ekstrim, mereka mungkin telah menemukan cara untuk menghasilkan dan menangani tembaga tereduksi tanpa terbunuh olehnya jauh sebelum Peristiwa Oksidasi Besar. Jika demikian, proto-mitokondria mungkin telah menyerang inang archaea untuk mencuri tembaga mereka yang berkurang, Kurdistani menyarankan.

Siavash Kurdistani, seorang ahli biokimia di Universitas California, Los Angeles, telah berspekulasi tentang bagaimana kemampuan katalitik dari beberapa histon mungkin telah mendukung endosimbiosis yang menghasilkan eukariota.Foto: Pusat Penelitian Sel Punca Luas Reed Hutchinson / UCLA

Hipotesis ini menarik karena dapat menjelaskan mengapa eukariota muncul ketika kadar oksigen di atmosfer naik. “Ada 1,5 miliar tahun kehidupan sebelumnya, dan tidak ada tanda-tanda eukariota,” kata Kurdistani. “Jadi gagasan bahwa oksigen mendorong pembentukan sel eukariotik pertama, bagi saya, harus menjadi pusat hipotesis yang mencoba mencari tahu mengapa fitur ini berkembang.”

Diposting oleh : joker123