Histon H3

Im Zuge der DNA-Kondensation zu Chromatin wird die negativ-geladene DNA um ein positiv-geladenes Histonoktamer gewunden. Dieses besteht aus je zwei Kopien der Histonproteine H2A, H2B, H3 und H4. Im Inneren des Histonkerns bilden die Histone H3 und H4 ein symmetrisches Heterotetramer, das mit den H2A-H2B-Dimeren interagiert.^[1]

Zu den Varianten von Histon H3 zählen:

• H3.1
• H3.2
• H3.3
• CENP-A

H3.1 und H3.2 sind Proteine, die in der S-Phase stark exprimiert werden. Außerdem werden sie während der DNA-Replikation ins Chromatin eingebaut. Im Gegensatz dazu kann die Variante H3.3 sowohl an die DNA-Replikation gekoppelt sein, als auch unabhängig davon in das Chromatin eingebaut werden. CENP-A spielt eine wichtige Rolle beim Aufbau des Kinetochorkomplexes am Zentromer und bei der DNA-Reparatur.^[2]

Histon H3 wird an mehreren Positionen durch Methylierungen und Acetylierungen modifiziert. Abhängig von der Position sind diese Modifikationen mit einer Unterdrückung oder Aktivierung der Transkription korreliert.^[3] So ist beispielsweise die Methylierung an Lysin 4 (H3K4) eine hoch-konservierte Chromatinmodifikation. Unmethyliertes H3K4 bildet zusammen mit den drei Methylierungsgraden ein quaternäres System der Transkriptionskontrolle. Im Folgenden sind die Funktionen zusammengefasst:^[4]

• unmethyliertes H3K4: etabliert ein transkriptionell stilles Heterochromatin und ermöglicht die DNA-Methylierung
• H3K4me1: tritt als Chromatinsignatur von Enhancer-Elementen auf
• H3K4me2: dient dem Transkriptionsgedächtnis (Anpassung der Geschwindigkeit und/oder des Ausmaßes der Transkription, basierend auf vorangehender Transkriptionsaktivität)
• H3K4me3: wird in Verbindung mit transkriptionell aktiven Promotern gebracht, die H3K4me3-Konzentration korreliert mit dem Genexpressionslevel

Nachfolgend sind weitere Histon-H3-Modifikationen aufgelistet:

• Methylierungen
  • H3K4me1
  • H3K4me2
  • H3K4me3
  • H3K9me2
  • H3K9me3
  • H3K27me3
  • H3K36me1
  • H3K36me2
  • H3K36me3
  • H3K79me2
• Acetylierungen
  • H3K9ac
  • H3K14ac
  • H3K23ac
  • H3K27ac
  • H3K36ac
  • H3K56ac
  • H3K122ac

Dysregulationen der H3K4-Methylierung gehen mit kognitiven Erkrankungen einher. Dazu gehören:^[4]

• neurologische Entwicklungsstörungen
  • Claes-Jensen-Syndrom
  • Autismus
• Schizophrenie und andere psychotische Störungen
• substanzbezogene Störungen und Suchterkrankungen
  • Opioidbedingte Störungen

Auch die Störung der H3K36-Methylierung führt zur Entstehung von Krankheiten wie Entwicklungsstörungen und Krebs.^[5]