H3K9me2
H3K9me2 представляет собой эпигенетическую модификацию белка, упаковывающего ДНК, гистона H3 . Это метка, указывающая на диметилирование 9 -го остатка лизина белка гистона H3. H3K9me2 тесно связан с репрессией транскрипции . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Уровни H3K9me2 выше у молчащих генов по сравнению с активными в области размером 10 т.п.н., окружающей сайт начала транскрипции. [ 4 ] H3K9me2 пассивно подавляет экспрессию генов, запрещая ацетилирование. [ 5 ] таким образом, связывая РНК-полимеразу или ее регуляторные факторы, и активно, рекрутируя репрессоры транскрипции. [ 6 ] [ 7 ] H3K9me2 также был обнаружен в блоках мегабаз, называемых доменами большого организованного хроматина K9 (LOCKS), которые в основном расположены в областях с редким геном, но также охватывают генные и межгенные интервалы. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] Его синтез катализируется G9a , G9a-подобным белком и PRDM2 . [ 1 ] [ 3 ] [ 12 ] H3K9me2 может быть удален с помощью широкого спектра лизиндеметилаз гистонов (KDM), включая членов семейства KDM1, KDM3, KDM4 и KDM7. [ 13 ] [ 6 ] H3K9me2 важен для различных биологических процессов, включая детерминацию клеточных линий , [ 10 ] [ 14 ] перепрограммирование соматических клеток в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки , [ 15 ] регуляция воспалительной реакции , [ 16 ] [ 17 ] и пристрастие к употреблению наркотиков. [ 2 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
Номенклатура
[ редактировать ]H3K9me2 указывает на диметилирование лизина : 9 на субъединице белка гистона H3 [ 21 ]
Сокр. | Значение |
Н3 | Семейство гистонов H3 |
К | стандартное сокращение для лизина |
9 | положение аминокислотного остатка
(считая от N-конца) |
мне | метильная группа |
2 | количество добавленных метильных групп |
Метилирование лизина
[ редактировать ]На этой диаграмме показано прогрессивное метилирование остатка лизина. Диметилирование (третье слева) обозначает метилирование, присутствующее в H3K9me2.
Понимание модификаций 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 H3K9me2. [ 22 ] [ 23 ]
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. [ 24 ] Нынешнее понимание и интерпретация гистонов основаны на двух крупномасштабных проектах: ENCODE и Epigenomic Roadmap. [ 25 ] 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 секвенирования иммунопреципитации хроматина (ChIP) выявило области генома, характеризующиеся различной полосчатостью. [ 26 ] У дрозофилы также были профилированы различные стадии развития, акцент был сделан на актуальности модификаций гистонов. [ 27 ] Анализ полученных данных привел к определению состояний хроматина на основе модификаций гистонов. [ 28 ] Были картированы определенные модификации, и было замечено, что обогащение локализуется в определенных геномных регионах. Было обнаружено пять основных модификаций гистонов, каждая из которых связана с различными функциями клетки.
- H3K4me3 — промоутеры
- H3K4me1 - праймированные энхансеры
- H3K36me3 - тела гена
- H3K27me3 — многосотовая репрессия
- H3K9me3 - гетерохроматин
- H3K9me2- факультативный гетерохроматин
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. [ 29 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]Зависимость
[ редактировать ]Хроническое привыкание к наркотикам приводит к ΔFosB -опосредованной репрессии G9a прилежащем и снижению диметилирования H3K9 в ядре , что, в свою очередь, вызывает разветвление дендритов , изменение экспрессии синаптического белка и усиление поведения, связанного с поиском наркотиков. [ 2 ] [ 18 ] Напротив, прилежащая гиперэкспрессия G9a приводит к заметному увеличению диметилирования H3K9 и блокирует индукцию этой нейронной и поведенческой пластичности при хроническом употреблении наркотиков. [ 2 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 30 ] который происходит посредством H3K9me2-опосредованной репрессии факторов транскрипции для ΔFosB и H3K9me2-опосредованной репрессии различных мишеней транскрипции ΔFosB (например, CDK5 ). [ 2 ] [ 18 ] [ 19 ] Из-за участия H3K9me2 в этих петлях обратной связи и центральной патофизиологической ΔFosB роли сверхэкспрессии как механистического триггера зависимости , [ 2 ] [ 31 ] уменьшение прилежащего H3K9me2 после повторного воздействия наркотиков напрямую опосредует развитие наркозависимости. [ 18 ] [ 19 ]
Атаксия Фридрейха
[ редактировать ]R-петли обнаруживаются с меткой H3K9me2 в районе FXN в клетках атаксии Фридрейха . [ 32 ]
Сердечно-сосудистые заболевания
[ редактировать ]H3K9me2 присутствует в подмножестве промоторов генов, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями , в клетках гладких мышц сосудов. [ 16 ] блокировать связывание NFκB и AP-1 (белок-активатор-1) факторов транскрипции . [ 16 ] Сниженные уровни H3K9me2 наблюдались в гладкомышечных клетках сосудов из атеросклеротических поражений человека по сравнению со здоровой тканью аорты у пациентов. [ 33 ] Клетки гладких мышц сосудов пациентов с диабетом демонстрируют пониженные уровни H3K9me2 по сравнению с контрольной группой, не страдающими диабетом; поэтому было высказано предположение, что нарушение регуляции H3K9me2 может лежать в основе сосудистых осложнений, связанных с диабетом. [ 34 ] [ 35 ] Потеря H3K9me2 в гладкомышечных клетках сосудов усугубляет активацию подмножества генов, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, на моделях сосудистых заболеваний. [ 16 ] [ 34 ] [ 36 ]
Методы
[ редактировать ]Модификации гистонов, включая H3K9me2, можно обнаружить различными методами:
- Секвенирование иммунопреципитации хроматина ( ChIP-секвенирование ) измеряет количество обогащенной ДНК после того, как она связалась с целевым белком и подверглась 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. [ 37 ]
- CUT&RUN (расщепление под мишенями и высвобождение с использованием нуклеазы). В CUT&RUN целевые комплексы ДНК-белок выделяются непосредственно из ядра клетки, а не после стадии преципитации. Для выполнения CUT&RUN к пермеабилизированным клеткам добавляют специфическое антитело к интересующему ДНК-связывающему белку и ProtA-MNase. МНАза связывается с интересующим белком посредством взаимодействия ProtA-антитело, а МНАза расщепляет окружающую незащищенную ДНК с высвобождением комплексов белок-ДНК, которые затем можно выделить и секвенировать. [ 38 ] [ 39 ] Сообщается, что CUT&RUN обеспечивает гораздо более высокое соотношение сигнал/шум по сравнению с традиционным ChIP. Таким образом, CUT&RUN требует одной десятой глубины секвенирования ChIP и позволяет осуществлять геномное картирование модификаций гистонов и факторов транскрипции с использованием чрезвычайно малого количества клеток. [ 40 ] [ 38 ] [ 39 ]
- Зонды внутриклеточных антител, специфичные для модификации. Чувствительные флуоресцентные, генетически кодируемые зонды внутриклеточных антител (mintbody), специфичные для модификации гистонов, можно использовать для мониторинга изменений модификаций гистонов в живых клетках. [ 41 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б «H3K9me2» . HIstome: Информационная база гистонов. Архивировано из оригинала 12 июня 2018 года . Проверено 8 июня 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Робисон А.Дж., Нестлер Э.Дж. (октябрь 2011 г.). «Транскрипционные и эпигенетические механизмы зависимости» . Обзоры природы. Нейронаука . 12 (11): 623–37. дои : 10.1038/nrn3111 . ПМЦ 3272277 . ПМИД 21989194 .
Рисунок 4: Эпигенетические основы лекарственной регуляции экспрессии генов. - ^ Перейти обратно: а б Нестлер Э.Дж. (август 2015 г.). «Роль схемы вознаграждения мозга при депрессии: механизмы транскрипции» . Международное обозрение нейробиологии . 124 : 151–70. дои : 10.1016/bs.irn.2015.07.003 . ПМК 4690450 . ПМИД 26472529 .
Хронический стресс социального поражения снижает экспрессию G9a и GLP (G9a-подобный белок), двух гистоновых метилтрансфераз, которые катализируют диметилирование Lys9 гистона H3 (H3K9me2) (Covington et al., 2011), признак, связанный с репрессией генов.
- ^ Барски А., Каддапа С., Цуй К., Ро Т.И., Шонес Д.Е., Ван З. и др. (май 2007 г.). «Профилирование метилирования гистонов в геноме человека с высоким разрешением» . Клетка . 129 (4): 823–37. дои : 10.1016/j.cell.2007.05.009 . ПМИД 17512414 .
- ^ Ван З., Занг С., Розенфельд Дж.А., Шонес Д.Э., Барски А., Каддапа С. и др. (июль 2008 г.). «Комбинаторные закономерности ацетилирования и метилирования гистонов в геноме человека» . Природная генетика . 40 (7): 897–903. дои : 10.1038/ng.154 . ПМЦ 2769248 . ПМИД 18552846 .
- ^ Перейти обратно: а б Синкай Ю, Татибана М (апрель 2011 г.). «Метилтрансфераза H3K9 G9a и родственная молекула GLP» . Гены и развитие . 25 (8): 781–8. дои : 10.1101/gad.2027411 . ПМК 3078703 . ПМИД 21498567 .
- ^ Чжан Т., Терманис А., Озкан Б., Бао XX, Калли Дж., де Лима Алвес Ф. и др. (апрель 2016 г.). «Комплекс G9a/GLP поддерживает импринтированное метилирование ДНК в эмбриональных стволовых клетках» . Отчеты по ячейкам . 15 (1): 77–85. дои : 10.1016/j.celrep.2016.03.007 . ПМЦ 4826439 . ПМИД 27052169 .
- ^ Филион Г.Дж., ван Стинсел Б. (январь 2010 г.). «Переоценка количества доменов хроматина H3K9me2 в эмбриональных стволовых клетках» . Природная генетика . 42 (1): 4, ответ автора 5–6. дои : 10.1038/ng0110-4 . ПМИД 20037608 .
- ^ Макдональд О.Г., Ву Х., Тимп В., Дой А., Файнберг А.П. (июль 2011 г.). «Эпигенетическое перепрограммирование в масштабе генома во время эпителиально-мезенхимального перехода» . Структурная и молекулярная биология природы . 18 (8): 867–74. дои : 10.1038/nsmb.2084 . ПМК 3150339 . ПМИД 21725293 .
- ^ Перейти обратно: а б Вэнь Б., Ву Х., Синкай Ю., Иризарри Р.А., Фейнберг А.П. (февраль 2009 г.). «Большие диметилированные блоки хроматина гистона H3 лизина 9 отличают дифференцированные из эмбриональных стволовых клеток» . Природная генетика . 41 (2): 246–50. дои : 10.1038/ng.297 . ПМЦ 2632725 . ПМИД 19151716 .
- ^ Йоргенсен HF, Fisher AG (март 2009 г.). «БЛОКИРОВКА клеточного потенциала» . Клеточная стволовая клетка . 4 (3): 192–4. дои : 10.1016/j.stem.2009.02.007 . ПМИД 19265653 .
- ^ «Гистон-лизин N-метилтрансфераза, специфичная 3 для лизина-9 H3» . HIstome: Информационная база гистонов. Архивировано из оригинала 12 июня 2018 года . Проверено 8 июня 2018 г.
- ^ Клоос П.А., Кристенсен Дж., Аггер К., Хелин К. (май 2008 г.). «Стирание метильной метки: деметилазы гистонов в центре клеточной дифференциации и болезней» . Гены и развитие . 22 (9): 1115–40. дои : 10.1101/gad.1652908 . ПМК 2732404 . ПМИД 18451103 .
- ^ Чен X, Скатт-Какариа К., Дэвисон Дж., Оу Ю.Л., Чой Э., Малик П. и др. (ноябрь 2012 г.). «G9a/GLP-зависимое формирование паттерна гистона H3K9me2 во время детерминации линии гемопоэтических стволовых клеток человека» . Гены и развитие . 26 (22): 2499–511. дои : 10.1101/gad.200329.112 . ПМК 3505820 . ПМИД 23105005 .
- ^ Родригес-Мадос Дж.Р., Сан-Хосе-Энерис Э., Рабал О., Сапата-Линарес Н., Миранда Э., Родригес С. и др. (2017). «Обратимый двойной ингибитор против G9a и DNMT1 улучшает образование ИПСК человека, усиливая МЕТ и облегчая взаимодействие транскрипционных факторов с геномом» . ПЛОС ОДИН . 12 (12): e0190275. Бибкод : 2017PLoSO..1290275R . дои : 10.1371/journal.pone.0190275 . ПМК 5744984 . ПМИД 29281720 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Харман Дж.Л., Добникар Л., Чаппелл Дж., Стокелл Б.Г., Долби А., Фут К. и др. (ноябрь 2019 г.). «Эпигенетическая регуляция сосудистых гладкомышечных клеток с помощью диметилирования гистона H3 лизина 9 ослабляет индукцию целевого гена посредством передачи воспалительных сигналов» . Атеросклероз, тромбоз и сосудистая биология . 39 (11): 2289–2302. дои : 10.1161/ATVBAHA.119.312765 . ПМК 6818986 . ПМИД 31434493 .
- ^ Фанг Т.С., Шефер У., Мекленбраукер И., Стиенен А., Дьюэлл С., Чен М.С. и др. (апрель 2012 г.). «Диметилирование лизина 9 гистона H3 как эпигенетический признак интерферонового ответа» . Журнал экспериментальной медицины . 209 (4): 661–9. дои : 10.1084/jem.20112343 . ПМЦ 3328357 . ПМИД 22412156 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Нестлер Э.Дж. (январь 2014 г.). «Эпигенетические механизмы наркомании» . Нейрофармакология . 76 Часть Б: 259–68. doi : 10.1016/j.neuropharm.2013.04.004 . ПМЦ 3766384 . ПМИД 23643695 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Билински П., Войтыла А., Капка-Скшипчак Л., Хведорович Р., Циранка М., Студзински Т. (2012). «Эпигенетическая регуляция при наркомании» . Анналы сельскохозяйственной и экологической медицины . 19 (3): 491–6. ПМИД 23020045 .
- ^ Перейти обратно: а б Кеннеди П.Дж., Фенг Дж., Робисон А.Дж., Мейз И., Бадимон А., Музон Э. и др. (апрель 2013 г.). «Ингибирование HDAC класса I блокирует пластичность, вызванную кокаином, путем целенаправленных изменений в метилировании гистонов» . Природная неврология . 16 (4): 434–40. дои : 10.1038/nn.3354 . ПМК 3609040 . ПМИД 23475113 .
- ^ Хуан, Суминг; Литт, Майкл Д.; Энн Блейки, К. (2015). 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 . ПМЦ 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): 1074–80. 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. и др. (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 .
- ^ Кундаже А., Меулеман В., Эрнст Дж., Биленки М., Йен А., Херави-Мусави А. 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 .
- ^ Уолли К. (декабрь 2014 г.). «Психические расстройства: подвиг эпигенетической инженерии» . Обзоры природы. Нейронаука . 15 (12): 768–9. дои : 10.1038/nrn3869 . ПМИД 25409693 .
- ^ Раффл Дж.К. (ноябрь 2014 г.). «Молекулярная нейробиология зависимости: о чем вообще (Δ)FosB?». Американский журнал о злоупотреблении наркотиками и алкоголем . 40 (6): 428–37. дои : 10.3109/00952990.2014.933840 . ПМИД 25083822 . S2CID 19157711 .
- ^ Ричард П., Мэнли Дж.Л. (октябрь 2017 г.). «Петли R и связи с болезнями человека» . Журнал молекулярной биологии . 429 (21): 3168–3180. дои : 10.1016/j.jmb.2016.08.031 . ПМЦ 5478472 . ПМИД 27600412 .
- ^ Грайсель А., Калмс М., Наперальски Р., Вагнер Э., Гебхард Х., Шмитт М. и др. (август 2015 г.). «Чередование метилирования гистонов и ДНК в атеросклеротических каротидных бляшках человека». Тромбоз и гемостаз . 114 (2): 390–402. дои : 10.1160/TH14-10-0852 . ПМИД 25993995 . S2CID 41075220 .
- ^ Перейти обратно: а б Чен Дж., Чжан Дж., Ян Дж., Сюй Л., Ху Ц., Сюй С. и др. (февраль 2017 г.). «Гистондеметилаза KDM3a, новый регулятор гладкомышечных клеток сосудов, контролирует гиперплазию неоинтимы сосудов у крыс с диабетом». Атеросклероз . 257 : 152–163. doi : 10.1016/j.atherosclerosis.2016.12.007 . ПМИД 28135625 .
- ^ Вильнев Л.М., Редди М.А., Натараджан Р. (июль 2011 г.). «Эпигенетика: расшифровка ее роли в диабете и его хронических осложнениях» . Клиническая и экспериментальная фармакология и физиология . 38 (7): 451–9. дои : 10.1111/j.1440-1681.2011.05497.x . ПМК 3123432 . ПМИД 21309809 .
- ^ Харман Дж.Л., Йоргенсен ХФ (октябрь 2019 г.). «Роль гладкомышечных клеток в стабильности бляшек: потенциал терапевтического нацеливания» . Британский журнал фармакологии . 176 (19): 3741–3753. дои : 10.1111/bph.14779 . ПМК 6780045 . PMID 31254285 .
- ^ «Полногеномное IP-секвенирование хроматина (ChIP-Seq)» (PDF) . Иллюмина . Проверено 23 октября 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Скин П.Дж., Хеникофф С. (январь 2017 г.). «Эффективная стратегия таргетной нуклеазы для картирования сайтов связывания ДНК с высоким разрешением» . электронная жизнь . 6 : е21856. дои : 10.7554/eLife.21856 . ПМК 5310842 . ПМИД 28079019 .
- ^ Перейти обратно: а б Меерс М.П., Брайсон Т., Хеникофф С. (16 мая 2019 г.). «Улучшенные инструменты CUT&RUN для профилирования и анализа хроматина» . bioRxiv : 569129. doi : 10.1101/569129 .
- ^ Хайнер С.Дж., Фаццио Т.Г. (апрель 2019 г.). «Профилирование хроматина высокого разрешения с использованием CUT&RUN» . Современные протоколы молекулярной биологии . 126 (1): е85. дои : 10.1002/cpmb.85 . ПМК 6422702 . ПМИД 30688406 .
- ^ Сато Ю., Мукаи М., Уэда Дж., Мураки М., Стасевич Т.Дж., Хорикоши Н. и др. (14 августа 2013 г.). «Генетически закодированная система для отслеживания модификации гистонов in vivo» . Научные отчеты . 3 (1): 2436. Бибкод : 2013NatSR...3E2436S . дои : 10.1038/srep02436 . ПМЦ 3743053 . ПМИД 23942372 .