Gli istoni sono strutture nelle cellule eucariotiche e in alcuni microrganismi unicellulari del phylum Euryarchaeota che fungono da bobine attorno alle quali l’acido desossiribonucleico (DNA) della cellula si avvolge molto strettamente. Senza la conservazione dello spazio consentita dagli istoni, le cellule non potrebbero contenere il proprio DNA. Gli istoni svolgono anche ruoli importanti nell’espressione genica consentendo o ostacolando l’accesso di molecole attive alla trascrizione ai geni del DNA. Un terzo compito è mantenere l’integrità strutturale del DNA e del cromosoma molto più grande.
Le sostanze che compongono gli istoni sono proteine che differiscono poco da specie a specie. Le proteine più comuni sono chiamate H1/H5, H2A, H2B, H3 e H4. Il DNA è strettamente legato agli istoni dall’attrazione tra i gruppi laterali delle proteine istoniche e il DNA. Questa forza attrattiva viene modificata dall’aggiunta di gruppi acetile o metilico ad alcuni amminoacidi di lisina o arginina vicino alla fine delle proteine H3 e H4. Il restringimento o l’allentamento del filamento di DNA fa sì che i geni siano accessibili o inaccessibili, operazione nota come attivazione o disattivazione del gene.
Nella maggior parte delle cellule, indipendentemente dalla fonte, otto proteine istoniche, costituite da due ciascuno di H2A, H2B, H3 e H4, formano una struttura a ottetto. Circa 146 coppie di basi di DNA avvolgono la struttura dell’ottetto quasi due volte per formare un “nucleosoma”. Un breve ciclo di DNA, stabilizzato dalla proteina H1 o dal suo analogo H5, porta al nucleosoma successivo, formando una struttura che è spesso caratterizzata come “perline su un filo”. I nucleosomi e le loro sezioni di DNA di collegamento formano spirali strette, con sei nucleosomi per giro, per formare le cosiddette fibre di cromatina. Le fibre si uniscono per formare un cromosoma.
Le proteine istoniche H2A, H2B, H3 e H4 hanno un peso molecolare relativamente basso, costituito da 120 a 135 amminoacidi per molecola proteica. Gli istoni H1/H5 sono molto più lunghi e danno una struttura strutturale ai nucleosomi, proprio come un’asta d’acciaio che collega una serie di dischi. Nelle cellule umane, se tutto il DNA fosse srotolato e posato da un capo all’altro, il filamento sarebbe lungo circa 70 pollici (1.8 m) ma spesso solo circa 0.0000007 pollici (180 nanometri). Avvolgendo e riavvolgendo le sottostrutture, le 23 paia di cromosomi funzionano in un nucleo che è esso stesso meno di 0.0004 pollici (10 micrometri) di diametro. Gli istoni rendono questa piegatura
possibile controllando l’ambiente molecolare.
Inizialmente si pensava che gli istoni avessero solo i tipi sopra menzionati. La ricerca, tuttavia, ha indicato molta più diversità di quanto precedentemente accettato. Le molecole di base sono ancora relativamente le stesse anche tra organismi divergenti come il lievito e i mammiferi. Questo tratto è chiamato conservazione evolutiva. Indica che variazioni anche minime di queste molecole danno luogo a cellule che non potrebbero prosperare o si riprodurrebbero e causerebbero danni e penalità evolutive all’organismo.