Модификация гистона

Модификации гистонов - это химические изменения в белках гистонов, которые, помимо прочего, влияют на транскрипцию .

Виды модификаций

Модификации гистонов были обнаружены как на неструктурированных N- и C-концевых концах гистоновых белков, так и в глобулярной области в ядре нуклеосомы .

номенклатура

Следующая номенклатура была разработана для обозначения модификаций гистонов:

1. Название гистона (например, H3)
2. Затронутая аминокислота в ее однобуквенном коде (например, K для лизина ) с положением аминокислоты в белке
3. Тип модификации (me: метил , P: фосфат , Ac: ацетил , Ub: убиквитин )
4. В случае метилирования также можно указать количество метильных групп (для лизинов и аргининов ) и симметрию (для диметилированных аргининов).

Примеры:

• Триметилирование лизина в положении 4 гистона 3: H3K4me3
• симметричное метилирование аргинина 8 по гистону 3: H3R8me2s
• Ацетилирование лизина в положении 20 гистона 4: H4K20Ac

Ацетилирование

Гистоны ацетилирование происходит исключительно на лизинах (например H3K9Ac, H3K27Ac, H4K16Ac, H4K20Ac). Основное действие ацетильной группы - нейтрализация положительного заряда лизина. Следствием этого является уменьшение электростатического взаимодействия между лизином и отрицательными зарядами ДНК . Это приводит к открытию 30-нм волокна (соленоидная структура), что позволяет связывать факторы транскрипции и аппарат транскрипции, тем самым способствуя транскрипции. Ацетилирование гистонов производится гистоновыми ацетилтрансферазами (HAT) и снова удаляется гистоновыми деацетилазами (например, HDAC4 ).

Метилирование

Метилирование гистонов обнаруживается как на лизинах, так и на аргининах. Метилирование гистонов может как положительно, так и отрицательно коррелировать с транскрипцией, в зависимости от того, на какой лизин / аргинин смотрит. Кроме того, лизины можно модифицировать одной, двумя или тремя, а аргинины - максимум двумя метильными группами. Эти разные состояния метилирования часто по-разному распределены в геноме и, следовательно, вероятно, также имеют разные биологические функции. Метилирование гистонов вызывается гистоновыми метилтрансферазами (HMT) и удаляется гистоновыми деметилазами (HDM). Механически процесс основан на нуклеофильной атаке аминогруппы остатка. Донором метила обычно является (S) -аденозилметионин ( SAM ).

Важными метилированиями являются:

• H3K4me2 / 3 (обнаружен на промоторах активно транскрибируемых генов )
• H3K27me3 (обнаружен на репрессированных генах)
• H3K9me3 (обнаружен в гетерохроматине )
• H3K4me1 / 2 (обнаружен на активных энхансерах )
• H3K36me3, H4K20me1 (обнаружены в теле активно транскрибируемых генов)

Фосфорилирование

Фосфорилирование гистонов может происходить по аминокислотам с гидроксильной группой , то есть по серинам , треонинам и тирозинам . Фосфорилирование гистонов столь же разнообразно по своей функции, как и метилирование гистонов.

Другие известные модификации

• Пропионилирование
• Бутирилирование
• Убиквитинилирование
• АДФ рибозилирование
• Сумоилирование
• Карбонилирование
• Гликозилирование
• Биотинилирование
• цис-транс-изомеризация пролинов
• Цитруллинирование аргининов

Код гистона

Помимо прямого влияния на структуру хроматина, такого как ацетилирование, многие модификации гистонов, по-видимому, имеют только косвенное влияние на биологические процессы. Открытие большого количества белков, которые могут распознавать определенные модификации гистонов (особенно метилирования) («считыватели гистонов»), привело к выводу, что многие модификации служат сайтами связывания для белков, которые транслируют информацию в последующие процессы. Поскольку каждая нуклеосома имеет большое количество потенциальных сайтов модификации, а они, в свою очередь, могут иметь несколько различных модификаций (например, лизин может быть немодифицированным, ацетилированным, моно-, ди- или триметилированным), одна нуклеосома может иметь огромное количество различных модификаций. комбинации есть. В этом контексте говорят о гипотезе гистонового кода . Гипотеза утверждает, что комбинация различных модификаций гистонов может быть считана связывающими белками и что их взаимодействие приводит к определенным биологическим процессам. Правильность этой гипотезы в настоящее время является предметом интенсивных дискуссий.

1. ↑ Значение сокращений см. В номенклатуре .
2. ↑ PcG: белок группы Polycomb
3. ↑ Если в скобках указаны символы «+», эффект зависит от комбинаций различных модификаций.
4. ↑ Esa1: Ацетилтрансфераза, активирующий фермент

Взаимодействие гистонов и ДНК контролируется модификациями гистонов. Эти модификации могут изменить структуру хроматина и, таким образом, привести к изменению активности генов . Таким образом, эти эпигенетические механизмы могут влиять на транскрипцию отдельных генов или целых групп генов.

опухать

• Т. Jenuwein, CD Allis : Перевод кода гистонов в: Наука. 293 (5532), 2001, стр. 1074-1080. PMID 11498575
• BD Strahl, CD Allis: язык ковалентных модификаций гистонов. В кн . : Природа. 403 (6765), 2000, стр. 41-45. PMID 10638745

1. ↑ Yu-Chieh Wang, Suzanne E Peterson, Jeanne F Loring: Посттрансляционные модификации белков и регуляция плюрипотентности в стволовых клетках человека . В: Cell Research . Лента 24 , вып. 2 , февраль 2014 г., ISSN  1001-0602 , стр. 143-160 , DOI : 10.1038 / cr.2013.151 , PMID 24217768 , PMC 3915910 (бесплатно полный текст) - ( nature.com [доступ к 17 февраля, 2021]).