H4K16ac
H4K16ac представляет собой эпигенетическую модификацию ДНК белка, упаковывающего , гистона H4 . Это метка, указывающая на ацетилирование 16-го остатка лизина белка гистона H4.
H4K16ac необычен тем, что обладает как активацией транскрипции, так и репрессивной активностью.
Потеря H4K20me3 наряду со снижением уровня H4K16ac является ярким индикатором рака.
Ацетилирование и деацетилирование лизина
[ редактировать ]
Белки обычно ацетилируются по остаткам лизина , и эта реакция основана на использовании ацетил-кофермента А в качестве донора ацетильной группы. При ацетилировании и деацетилировании гистонов белки гистонов ацетилируются и деацетилируются по остаткам лизина в N-концевом хвосте как часть регуляции гена . Обычно эти реакции катализируются ферментами с активностью гистон-ацетилтрансферазы (HAT) или гистон-деацетилазы (HDAC), хотя HAT и HDAC также могут изменять статус ацетилирования негистоновых белков. [1]
Регуляция факторов транскрипции, эффекторных белков, молекулярных шаперонов и белков цитоскелета путем ацетилирования и деацетилирования является важным механизмом посттрансляционной регуляции. [2] Эти регуляторные механизмы аналогичны фосфорилированию и дефосфорилированию под действием киназ и фосфатаз . Мало того, что состояние ацетилирования белка может изменить его активность, но недавно было высказано предположение, что эта посттрансляционная модификация может также пересекаться с фосфорилированием , метилированием , убиквитинированием , сумойлированием и другими для динамического контроля клеточной передачи сигналов. [3] [4] [5]
В области эпигенетики было показано , ) гистонов что ацетилирование (и деацетилирование является важным механизмом регуляции транскрипции генов. Гистоны, однако, не единственные белки, регулируемые посттрансляционным ацетилированием.
Номенклатура
[ редактировать ]H4K16ac указывает на ацетилирование лизина 16 на субъединице белка гистона H4: [6]
| Сокр. | Значение |
| Н4 | Семейство гистонов H4 |
| К | стандартное сокращение для лизина |
| 16 | положение аминокислотного остатка (считая от N-конца) |
| и | ацетильная группа |
Модификации гистонов
[ редактировать ]Геномная ДНК эукариотических клеток обернута вокруг специальных белковых молекул, известных как гистоны . Комплексы, образующиеся в результате закольцовывания ДНК, известны как хроматин . Основной структурной единицей хроматина является нуклеосома : она состоит из основного октамера гистонов (H2A, H2B, H3 и H4), а также линкерного гистона и около 180 пар оснований ДНК. Эти коровые гистоны богаты остатками лизина и аргинина. Карбоксильный (С)-конец этих гистонов способствует взаимодействиям гистонов-гистонов, а также взаимодействиям гистонов с ДНК. Заряженные амино-(N)-концевые хвосты являются местом посттрансляционных модификаций, таких как та, которая наблюдается в H3K36me3 . [7] [8]
Эпигенетические последствия
[ редактировать ]Посттрансляционная модификация хвостов гистонов либо комплексами, модифицирующими гистоны, либо комплексами, ремоделирующими хроматин, интерпретируется клеткой и приводит к сложному комбинаторному результату транскрипции. Считается, что код гистонов диктует экспрессию генов посредством сложного взаимодействия между гистонами в определенной области. [9] Текущее понимание и интерпретация гистонов основано на двух крупномасштабных проектах: ENCODE и Epigenomic Roadmap. [10] Целью эпигеномного исследования было изучение эпигенетических изменений по всему геному. Это привело к состояниям хроматина, которые определяют геномные области путем группировки взаимодействий различных белков и/или модификаций гистонов вместе. Состояние хроматина исследовали в клетках дрозофилы путем изучения места связывания белков в геноме. Использование ChIP-секвенирования позволило выявить участки генома, характеризующиеся различной полосообразностью. [11] У дрозофилы также были профилированы различные стадии развития, акцент был сделан на актуальности модификаций гистонов. [12] Анализ полученных данных привел к определению состояний хроматина на основе модификаций гистонов. [13]
Геном человека был аннотирован состояниями хроматина. Эти аннотированные состояния можно использовать как новые способы аннотирования генома независимо от базовой последовательности генома. Эта независимость от последовательности ДНК подтверждает эпигенетическую природу модификаций гистонов. Состояния хроматина также полезны для идентификации регуляторных элементов, не имеющих определенной последовательности, таких как энхансеры . Этот дополнительный уровень аннотаций позволяет глубже понять регуляцию генов, специфичных для клеток. [14]
Важность
[ редактировать ]Во-вторых, он может блокировать функцию ремоделаторов хроматина. [15] В-третьих, он нейтрализует положительный заряд лизинов. [15] Ацетилирование гистона H4 по лизину 16 (H4K16Ac) особенно важно для структуры и функции хроматина у различных эукариот и катализируется специфическими гистон-лизин-ацетилтрансферазами (HAT). H4K16 особенно интересен, поскольку это единственный ацетилируемый участок N-концевого хвоста H4, который может влиять на формирование компактной структуры хроматина более высокого порядка. [15] Гипоацетилирование H4K16, по-видимому, вызывает задержку рекрутирования белков репарации ДНК в места повреждения ДНК в мышиной модели преждевременного старения, такой как синдром прогерии Хатчинсона-Гилфорда . [16] H4K16Ac также играет роль в активации транскрипции и поддержании эухроматина . [17]
Активация и репрессия
[ редактировать ]H4K16ac необычен тем, что связан как с активацией, так и с репрессией транскрипции. Бромодомен . TIP5, входящий в состав NoRC, связывается с H4K16ac, а затем комплекс NoRC подавляет рДНК с помощью HAT и DNMT [18]
Также наблюдается снижение уровня H3K56ac с возрастом и повышение уровня H4K16ac. [19] Увеличение H4K16ac в старых дрожжевых клетках связано со снижением уровня HDAC Sir2, который может увеличить продолжительность жизни при сверхэкспрессии. [19]
Раковый маркер
[ редактировать ]Потеря репрессивной метки H4K20me3 определяет рак наряду с уменьшением активирующей метки H4K16ac. Неясно, каким образом потеря репрессивной и активирующей метки является индикатором рака. [20] Неясно, как именно это снижение происходит в повторяющихся последовательностях наряду с общим снижением метилирования ДНК. [18]
Методы
[ редактировать ]Ацетилирование гистоновой метки можно обнаружить различными способами:
1. Секвенирование иммунопреципитации хроматина ( ChIP-секвенирование ) измеряет количество обогащенной ДНК после связывания с целевым белком и иммунопреципитации . Это приводит к хорошей оптимизации и используется in vivo для выявления связывания ДНК с белками, происходящего в клетках. ChIP-Seq можно использовать для идентификации и количественной оценки различных фрагментов ДНК для различных модификаций гистонов в геномной области. [21]
2. Секвенирование микрококковой нуклеазы ( MNase-seq ) используется для исследования областей, которые связаны хорошо расположенными нуклеосомами. Для определения положения нуклеосом используют фермент микрококковой нуклеазы. Видно, что хорошо расположенные нуклеосомы имеют обогащение последовательностей. [22]
3. Анализ секвенирования доступного транспозазы хроматина ( ATAC-seq ) используется для поиска областей, свободных от нуклеосом (открытый хроматин). Он использует гиперактивный транспозон Tn5 для выделения локализации нуклеосом. [23] [24] [25]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Садул К., Бойо С., Пабион М., Хохбин С. (2008). «Регуляция белкового обмена ацетилтрансферазами и деацетилазами». Биохимия . 90 (2): 306–12. дои : 10.1016/j.biochi.2007.06.009 . ПМИД 17681659 .
- ^ Глозак М.А., Сенгупта Н., Чжан Х, Сето Э (2005). «Ацетилирование и деацетилирование негистоновых белков». Джин . 363 : 15–23. дои : 10.1016/j.gene.2005.09.010 . ПМИД 16289629 .
- ^ Ян XJ, Сето Э (2008). «Ацетилирование лизина: кодифицированные перекрестные помехи с другими посттрансляционными модификациями» . Мол. Клетка . 31 (4): 449–61. doi : 10.1016/j.molcel.2008.07.002 . ПМЦ 2551738 . ПМИД 18722172 .
- ^ Эдде Б., Денуле П., де Нешо Б., Кулаков А., Бервальд-Неттер Ю., Грос Ф. (1989). «Посттрансляционные модификации тубулина в культивируемых нейронах головного мозга и астроглии мышей». Биол. Клетка . 65 (2): 109–117. дои : 10.1016/0248-4900(89)90018-x . ПМИД 2736326 .
- ^ Марута Х., Грир К., Розенбаум Дж.Л. (1986). «Ацетилирование альфа-тубулина и его связь со сборкой и разборкой микротрубочек» . Дж. Клеточная Биол . 103 (2): 571–579. дои : 10.1083/jcb.103.2.571 . ПМК 2113826 . ПМИД 3733880 .
- ^ Хуан, Суминг; Литт, Майкл Д.; Энн Блейки, К. (30 ноября 2015 г.). Эпигенетическая экспрессия и регуляция генов . Эльзевир Наука. стр. 21–38. ISBN 9780127999586 .
- ^ Рутенбург А.Дж., Ли Х., Патель DJ, Allis CD (декабрь 2007 г.). «Многовалентное взаимодействие модификаций хроматина с помощью связанных связывающих модулей» . Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 8 (12): 983–94. дои : 10.1038/nrm2298 . ПМК 4690530 . ПМИД 18037899 .
- ^ Кузаридес Т (февраль 2007 г.). «Модификации хроматина и их функции» . Клетка . 128 (4): 693–705. дои : 10.1016/j.cell.2007.02.005 . ПМИД 17320507 .
- ^ Дженувейн Т., Эллис, компакт-диск (август 2001 г.). «Перевод гистонового кода». Наука . 293 (5532): 1074–1080. CiteSeerX 10.1.1.453.900 . дои : 10.1126/science.1063127 . ПМИД 11498575 . S2CID 1883924 .
- ^ Бирни Э. , Стаматояннопулос Х.А. , Дутта А. , Гиго Р., Гингерас Т.Р., Маргулис Э.Х. и др. (Консорциум проекта ENCODE) (июнь 2007 г.). «Идентификация и анализ функциональных элементов в 1% генома человека в рамках пилотного проекта ENCODE» . Природа . 447 (7146): 799–816. Бибкод : 2007Natur.447..799B . дои : 10.1038/nature05874 . ПМК 2212820 . ПМИД 17571346 .
- ^ Филион Г.Дж., ван Беммель Дж.Г., Брауншвейг Ю., Талхаут В., Кинд Дж., Уорд Л.Д., Бругман В., де Кастро И.Дж., Керховен Р.М., Буссемейкер Х.Дж., ван Стинсел Б. (октябрь 2010 г.). «Систематическое картирование расположения белков выявило пять основных типов хроматина в клетках дрозофилы» . Клетка . 143 (2): 212–24. дои : 10.1016/j.cell.2010.09.009 . ПМЦ 3119929 . ПМИД 20888037 .
- ^ Рой С., Эрнст Дж., Харченко П.В., Херадпур П., Негре Н., Итон М.Л. и др. (Консорциум modENCODE) (декабрь 2010 г.). «Идентификация функциональных элементов и регуляторных цепей с помощью modENCODE дрозофилы» . Наука . 330 (6012): 1787–97. Бибкод : 2010Sci...330.1787R . дои : 10.1126/science.1198374 . ПМК 3192495 . ПМИД 21177974 .
- ^ Харченко П.В., Алексеенко А.А., Шварц Ю.Б., Минода А., Риддл Н.С., Эрнст Дж. и др. (март 2011 г.). «Комплексный анализ хроматинового ландшафта Drosophila melanogaster» . Природа . 471 (7339): 480–5. Бибкод : 2011Natur.471..480K . дои : 10.1038/nature09725 . ПМК 3109908 . ПМИД 21179089 .
- ^ Кундадже А., Меулеман В., Эрнст Дж., Биленки М., Йен А., Херави-Мусави А., Херадпур П., Чжан З. и др. (Консорциум по эпигеномике «Дорожная карта») (февраль 2015 г.). «Интегративный анализ 111 эталонных эпигеномов человека» . Природа . 518 (7539): 317–30. Бибкод : 2015Natur.518..317. . дои : 10.1038/nature14248 . ПМК 4530010 . ПМИД 25693563 .
- ^ Jump up to: а б с Тейлор Г.К., Эскеланд Р., Хекимоглу-Балкан Б., Прадипа М.М., Бикмор В.А. (декабрь 2013 г.). «Ацетилирование H4K16 маркирует активные гены и усилители эмбриональных стволовых клеток, но не изменяет уплотнение хроматина» . Геномные исследования . 23 (12): 2053–65. дои : 10.1101/гр.155028.113 . ПМЦ 3847775 . ПМИД 23990607 .
- ^ Кришнан В., Чоу М.З., Ван З., Чжан Л., Лю Б., Лю Х., Чжоу Цз. (июль 2011 г.). «Гистон H4 лизина 16 гипоацетилирование связано с дефектной репарацией ДНК и преждевременным старением у мышей с дефицитом Zmpste24» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (30): 12325–30. Бибкод : 2011PNAS..10812325K . дои : 10.1073/pnas.1102789108 . ПМК 3145730 . ПМИД 21746928 .
- ^ Шогрен-Кнаак М., Исии Х., Сан Дж. М., Пазин М. Дж., Дэви Дж. Р., Петерсон К. Л. (февраль 2006 г.). «Ацетилирование гистонов H4-K16 контролирует структуру хроматина и взаимодействие белков». Наука . 311 (5762): 844–7. Бибкод : 2006Sci...311..844S . дои : 10.1126/science.1124000 . ПМИД 16469925 . S2CID 11079405 .
- ^ Jump up to: а б «Обзор гистона H4K16» . Проверено 23 ноября 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Сен П., Шах П.П., Нативио Р., Бергер С.Л. (август 2016 г.). «Эпигенетические механизмы долголетия и старения» . Клетка . 166 (4): 822–839. дои : 10.1016/j.cell.2016.07.050 . ПМЦ 5821249 . ПМИД 27518561 .
- ^ Ван, Ю.; Цзя, С. (2009). «Степени имеют решающее значение: многофункциональность метилирования лизина 20 гистона H4» . Эпигенетика . 4 (5): 273–6. дои : 10.4161/epi.4.5.9212 . ПМК 5116398 . ПМИД 19571682 .
- ^ «Полногеномное IP-секвенирование хроматина (ChIP-Seq)» (PDF) . Иллюмина . Проверено 23 октября 2019 г.
- ^ «МЭН-Seq/Mnase-Seq» . иллюмина . Проверено 23 октября 2019 г.
- ^ Буэнростро, Джейсон Д.; Ву, Пекин; Чанг, Ховард Ю.; Гринлиф, Уильям Дж. (2015). «ATAC-seq: метод анализа доступности хроматина по всему геному» . Современные протоколы молекулярной биологии . 109 : 21.29.1–21.29.9. дои : 10.1002/0471142727.mb2129s109 . ISBN 9780471142720 . ПМЦ 4374986 . ПМИД 25559105 .
- ^ Шеп, Алисия Н.; Буэнростро, Джейсон Д.; Денни, Сара К.; Шварц, Катя; Шерлок, Гэвин; Гринлиф, Уильям Дж. (2015). «Структурированные нуклеосомные отпечатки пальцев позволяют картировать архитектуру хроматина в регуляторных регионах с высоким разрешением» . Геномные исследования . 25 (11): 1757–1770. дои : 10.1101/гр.192294.115 . ISSN 1088-9051 . ПМК 4617971 . ПМИД 26314830 .
- ^ Песня, Л.; Кроуфорд, GE (2010). «DNase-seq: метод высокого разрешения для картирования активных генных регуляторных элементов по всему геному клеток млекопитающих» . Протоколы Колд-Спринг-Харбора . 2010 (2): pdb.prot5384. дои : 10.1101/pdb.prot5384 . ISSN 1559-6095 . ПМЦ 3627383 . ПМИД 20150147 .