組織蛋白

組織蛋白（英語：histone，或稱組織蛋白）是真核生物體細胞染色質與原核細胞中的鹼性蛋白質，和DNA共同組成核小體結構^[1][2][3]。它們是染色質的主要蛋白質體分，作為DNA纏繞的線軸，並在基因調控中發揮作用，但是原核細胞組織蛋白對基因調控的作用非常微弱^[3]。沒有組織蛋白，染色體中未纏繞的DNA將非常長（人類DNA中的長寬比超過1000萬比1）。例如，每個人類二倍體細胞（含有23對染色體）具有約1.8米長的DNA，但是在組織蛋白上纏繞它具有大約90微米（0.09毫米）的染色質，當在有絲分裂期間複製和濃縮時，其導致約120微米的染色體^[4]。

核心組織蛋白H2A/H2B/H3/H4
PDB rendering of Complex between nucleosome core particle (h3,h4,h2a,h2b) and 146 bp long DNA fragment based on 1aoi.
鑑定
標誌	Histone
Pfam	PF00125（舊版）
Pfam宗系	CL0012（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR007125
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1hio / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要 PDB 1eqz​, 1f66​, 1hq3​, 1id3​, 1kx3​, 1kx4​, 1kx5​, 1m18​, 1m19​, 1m1a​, 1p34​, 1p3a​, 1p3b​, 1p3f​, 1p3g​, 1p3i​, 1p3k​, 1p3l​, 1p3m​, 1p3o​, 1p3p​, 1q9c​, 1s32​, 1tyz​, 1u35​, 2aro​, 2cv5​, 2hio​

連接組織蛋白H1和H5家族
PDB rendering of HIST1H1B based on 1ghc.
鑑定
標誌	Linker_histone
Pfam	PF00538（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR005818
SMART（英語：Simple Modular Architecture Research Tool）	SM00526
SCOP（英語：Structural Classification of Proteins）	1hst / SUPFAM
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要 PDB 1ghc​, 1hst​, 1uhm​, 1uss​, 1ust​, 1yqa​

將核心組織蛋白組裝到核小體中的結構示意圖。

分類和組織蛋白變體

存在五個主要的組織蛋白家族： H1/H5，H2A，H2B，H3和H4^[2][5][6][7]。組織蛋白H2A，H2B，H3和H4被稱為核心組織蛋白（Core Histone），而組織蛋白H1/H5被稱為連接組織蛋白（Linker Histone）。

在H2A、H2B、H3及H4這四種組織蛋白中的其中兩種稱為「核心組織蛋白」，並且集合成為八聚體的核小體核心顆粒。這種集合是將DNA的146對鹼基對以1.65左手超螺旋形圍在這個蛋白質線軸。連接組織蛋白H1將核小體核心顆粒與DNA的進入位點及E位點結合，因而可以將DNA緊扣在位，並且能容許形成更高層次的結構。最基本的形狀為一個10納米的纖維或一連串的珠子。這涉及將在每一個核小體之間約50對的DNA鹼基對圍在這些核小體上，這些DNA又稱為連接DNA。較高層次的結構包括有30及100納米的纖維，是在一般細胞內的結構。在減數分裂中，透過核小體與其他蛋白質的相互作用，合成染色體。合成的組織蛋白與DNA稱為染色質。

核心組織蛋白是高度保守的蛋白質，意即組織蛋白在胺基酸序列中有著非常小的改變。連接組織蛋白通常有著多於一種的形狀，對比核心組織蛋白是保守程度較低的。

在主要的組織蛋白類別中，亦存在一些異構物。它們有著相同的胺基酸序列及相似的核心結構，但卻有著不同的特徵。這些不同的組織蛋白通常帶著染色質的特別功能，就如與H3相似的CenpA是唯一的組織蛋白與染色體的著絲點聯合；H2A的異構物H2A.Z是與活性轉錄基因聯合與涉及在異染色體的形成；另一個H2A異構物H2A.X以雙鏈斷裂與DNA結合，並進行DNA修復。

H1

主條目：組織蛋白H1

組織蛋白H1有著一個中央球狀結構域及長的C與N端尾巴，能將小珠子串結構圍成30納米大小的螺線管結構。對比其他種類的組織蛋白，H1的數量只為其他的一半。這是因為它不是構成核小體部份，而只是將DNA及核小體緊扣在一起。H1亦有著它的異構物，稱為組織蛋白H5。

H2A、H2B及H4

組織蛋白H2A、H2B及H4同樣有著一個主要的球狀結構域與長的N端尾巴，是組成小珠子串結構內的核小體的重要單元。

H3

與組織蛋白H2A及H2B類似，組織蛋白H3有著一個主要的球狀結構域與長的N端尾巴，是組成小珠子串結構內的核小體的重要原素。它的N端尾巴從球狀核小體核心伸出，能進行多種影響細胞運作的表觀遺傳修飾。這些修飾包括將甲基及乙醯基共價附著於離胺酸或精胺酸，及絲胺酸或羥丁胺酸的磷酸化。離胺酸9的甲基化涉及基因沉默及在DNA內形成相對較不活躍的異染色質。組織蛋白H3的乙醯基化會在組織蛋白尾巴內不同的離胺酸位置出現，並且由組織蛋白乙醯轉移酶（HAT）所催化。離胺酸14的乙醯基化在基因中很普遍，亦會轉錄成為核糖核酸（RNA）。

以下是人類組織蛋白的列表：

超級家族	家族	亞家族	成員
連接組織蛋白	H1	H1F	H1F0, H1FNT, H1FOO, H1FX
		H1H1	HIST1H1A, HIST1H1B, HIST1H1C, HIST1H1D, HIST1H1E, HIST1H1T
核心組織蛋白	H2A	H2AF	H2AFB1, H2AFB2, H2AFB3, H2AFJ, H2AFV, H2AFX, H2AFY, H2AFY2, H2AFZ
		H2A1	HIST1H2AA, HIST1H2AB, HIST1H2AC, HIST1H2AD, HIST1H2AE, HIST1H2AG, HIST1H2AI, HIST1H2AJ, HIST1H2AK, HIST1H2AL, HIST1H2AM
		H2A2	HIST2H2AA3, HIST2H2AC
	H2B	H2BF	H2BFM, H2BFS, H2BFWT
		H2B1	HIST1H2BA, HIST1H2BB, HIST1H2BC, HIST1H2BD, HIST1H2BE, HIST1H2BF, HIST1H2BG, HIST1H2BH, HIST1H2BI, HIST1H2BJ, HIST1H2BK, HIST1H2BL, HIST1H2BM, HIST1H2BN, HIST1H2BO
		H2B2	HIST2H2BE
	H3	H3A1	HIST1H3A, HIST1H3B, HIST1H3C, HIST1H3D, HIST1H3E, HIST1H3F, HIST1H3G, HIST1H3H, HIST1H3I, HIST1H3J
		H3A2	HIST2H3C
		H3A3	HIST3H3
	H4	H41	HIST1H4A, HIST1H4B, HIST1H4C, HIST1H4D, HIST1H4E, HIST1H4F, HIST1H4G, HIST1H4H, HIST1H4I, HIST1H4J, HIST1H4K, HIST1H4L
		H44	HIST4H4

結構

核小體核心顆粒是由兩個H2A-H2B二聚物及兩個H3-H4二聚物結合而成，形成兩半接近對稱的蛋白質三級結構（2階旋轉對稱，即1個高分子是另一個的鏡像）。H2A-H2B及H3-H4二聚物本身亦呈現偽雙向對稱。

這四個核心組織蛋白（H2A、H2B、H3及H4）是在結構上相似及在進化中高度保存的，所有均有著一個「螺旋纏繞螺旋纏繞螺旋」的形狀，可以容許簡單的二聚化。它們在胺基酸結構上都有著一條長的尾巴，讓轉錄後修飾的進行。

總括來說，組織蛋白與DNA有著五種的相互作用：

1. H2B、H3及H4的α螺旋兩極積聚正電，能與DNA的帶有負電荷的磷酸鹽分子團產生相互作用。
2. 在DNA骨幹與胺基之間的氫鍵對組織蛋白的主鏈。
3. 組織蛋白與DNA的去氧核糖的非極性相互作用。
4. 鹼性胺基酸（如離胺酸及精胺酸）旁鏈與DNA磷酸氧旁鏈之間的鹽連及氫鍵。
5. H3及H2B的N端尾巴的非特定副槽面插入至DNA分子的兩個副槽面。

組織蛋白最重要的基本性質，除了是協助與DNA的相互作用外，就是它的水溶性。

組織蛋白的轉譯後修飾會先在它的N端尾巴開始，再而在其球狀結構域進行。這種修飾包括有甲基化、瓜胺酸化、乙醯化、磷酸化、小泛素相關修飾化（英語：SUMO protein）、泛素化及二磷酸腺苷核醣基化。這些影響著組織蛋白在基因調控的功能。

一般來說，活性的基因較少與組織蛋白聯繫，但非活性的基因會在間期中與組織蛋白聯合。組織蛋白的結構在進化上保存，這是因為任何有害的突變會造成嚴重的不適應性。

歷史

於1884年，艾布瑞契·科塞爾首先發現組織蛋白。直至1990年代早期，組織蛋白才被更多認識，並非純粹細胞核的惰性填充料，這部分基於馬克·普塔什尼(Mark Ptashne)等人的模型，他們認為轉錄是被蛋白質-DNA和蛋白質-蛋白質相互作用在很大程度上被活化裸DNA模板，就像細菌一樣。及後它的調控功能才被發現。

在1980年代，Yahli Lorch和羅傑·科恩伯格(Roger Kornberg)^[8]表明，核心啟動子上的核小體體外阻止了轉錄的啟動，麥可·格倫斯坦(Michael Grunstein)^[9]證明組織蛋白在體內抑制轉錄，導致核小體為 一般基因阻遏物。

功能

填充蛋白質

組織蛋白作為DNA纏繞的線軸。這使得能夠在細胞核內將真核細胞的大型的基因組所必需的壓實物：壓實的分子比未壓實的分子短40,000倍。

染色質調控

組織蛋白進行轉譯後修飾，以更改它與DNA及其他核蛋白的相互作用。組織蛋白H3及H4有著核小體伸出的長尾巴，能夠在不同的地方進行共價修飾。這種修飾包括有甲基化、瓜氨化、乙醯基化、磷酸化、小泛素相關修飾化、泛素化及二磷酸腺苷核醣基化。組織蛋白核心（即H2A及H3）亦可以作出修飾。修飾的組合可以組成編碼，成為組織蛋白編碼。組織蛋白修飾在不同的生物過程起著作用，包括基因表觀調控、DNA修復、有絲分裂及減數分裂 ^[10]。

組織蛋白修飾的命名是：

1. 先以組織蛋白名稱開始，如H3；
2. 單一字母的胺基酸簡稱，如K代表離胺酸，及在蛋白質的位置；及
3. 修飾的種類，Me即甲基化、P即磷酸化、Ac即乙醯化及Ub即泛素化。

舉例來說，H3K4Me就代表組織蛋白H3從N端開始起計第4個離胺酸的甲基化。