Х3С10П
H3S10P представляет собой эпигенетическую , упаковывающего ДНК модификацию гистона H3 . Это метка, указывающая на фосфорилирование 10-го остатка серина белка гистона H3.
В зависимости от среды, в которой это происходит, один и тот же фосфорилированный остаток может иметь совершенно разные последствия для структуры хроматина. Фосфорилирование H3S10 и H3S28 является прекрасной иллюстрацией этой двойственности: оба фосфорилированных остатка участвуют в уплотнении хроматина во время митоза и мейоза, а также в релаксации хроматина после активации транскрипции. [ 1 ] Из-за разнообразия ролей, которые играют эти события фосфорилирования, фосфорилирование отдельных остатков не может быть исследовано изолированно. Воздействие определяется клеточной средой и взаимодействием с другими цис- или транс-изменениями. [ 1 ]
Фосфорилирование S10 участвует в митозе, транскрипции, конденсации хроматина и реакции на ультрафиолетовое излучение. [ 1 ] H3S10p вызывает конденсацию и сегрегацию хромосом во время митоза клеток. [ 2 ] H3S10p временно увеличивается во время митоза, в то время как H3K9me3 декаризируется, а H3K9me3 восстанавливается после выхода из митоза. [ 2 ]
Петли R связаны с H3S10P и конденсацией хроматина . [ 3 ]
Номенклатура
[ редактировать ]Название этой модификации указывает на фосфорилирование белка серина 10 на субъединице белка гистона H3: [ 4 ]
| Сокр. | Значение |
| Н3 | Семейство гистонов H3 |
| С | стандартное сокращение для серина |
| 10 | положение аминокислотного остатка
(считая от N-конца) |
| П | фосфорильная группа |
Фосфорилирование серина/треонина/тирозина
[ редактировать ]
Добавление отрицательно заряженной фосфатной группы может привести к серьезным изменениям в структуре белка, что приводит к хорошо изученной роли фосфорилирования в контроле функции белка. Неясно, какие структурные последствия имеет фосфорилирование гистонов, но фосфорилирование гистонов имеет четкие функции как посттрансляционная модификация.
Модификации гистонов
[ редактировать ]Геномная ДНК эукариотических клеток обернута вокруг специальных белковых молекул, известных как гистоны . Комплексы, образующиеся в результате закольцовывания ДНК, известны как хроматин .
Было показано, что посттрансляционная модификация гистонов, такая как фосфорилирование гистонов, изменяет структуру хроматина путем изменения взаимодействий белок:ДНК или белок:белок. [ 5 ] Посттрансляционные модификации гистонов изменяют структуру хроматина. Наиболее часто связанное фосфорилирование гистонов происходит во время клеточных ответов на повреждение ДНК, когда фосфорилированный гистон H2A разделяет большие домены хроматина вокруг места разрыва ДНК. [ 6 ] Исследователи исследовали, влияют ли модификации гистонов непосредственно на транскрипцию, направленную РНК-полимеразой II. Исследователи выбрали белки, которые, как известно, модифицируют гистоны, чтобы проверить их влияние на транскрипцию, и обнаружили, что индуцируемая стрессом киназа MSK1 ингибирует синтез РНК. Ингибирование транскрипции с помощью MSK1 было наиболее чувствительным, когда матрица находилась в хроматине, поскольку матрицы ДНК, не находящиеся в хроматине, были устойчивы к воздействию MSK1. Было показано, что MSK1 фосфорилирует гистон H2A по серину 1, а мутация серина 1 в аланин блокирует ингибирование транскрипции MSK1. Таким образом, результаты показали, что ацетилирование гистонов может стимулировать транскрипцию путем подавления ингибирующего фосфорилирования киназой MSK1. [ 7 ]
Механизм и функция модификации
[ редактировать ]Фосфорилирование вводит заряженную гидрофильную группу в боковую цепь аминокислот, возможно, изменяя структуру белка за счет изменения взаимодействия с близлежащими аминокислотами. Некоторые белки, такие как p53, содержат несколько сайтов фосфорилирования, что способствует сложной многоуровневой регуляции. Из-за легкости фосфорилирования и дефосфорилирования белков этот тип модификации представляет собой гибкий механизм реагирования клеток на внешние сигналы и условия окружающей среды. [ 8 ]
Киназы фосфорилируют белки, а фосфатазы дефосфорилируют белки. Многие ферменты и рецепторы включаются или выключаются в результате фосфорилирования и дефосфорилирования. Обратимое фосфорилирование приводит к конформационным изменениям структуры многих ферментов и рецепторов , вызывая их активацию или деактивацию. Фосфорилирование обычно происходит по остаткам серина , треонина , тирозина и гистидина в эукариотических белках. Гистидиновое фосфорилирование эукариотических белков происходит гораздо чаще, чем фосфорилирование тирозина. [ 9 ] В прокариотических белках фосфорилирование происходит по остаткам серина, треонина, тирозина, гистидина или аргинина или лизина . [ 9 ] [ 10 ] Добавление фосфата (PO 4 3- ) молекулы к неполярной R-группе аминокислотного остатка может превратить гидрофобную часть белка в полярную и чрезвычайно гидрофильную часть молекулы. Таким образом, динамика белка может вызвать конформационные изменения в структуре белка посредством дальней аллостерии с другими гидрофобными и гидрофильными остатками в белке.
Специфические киназы для модификации
[ редактировать ]киназы , PRK1 . Ipl1(Sc)/AuroraB(Hs), RSK2, MSK1 , ERK1 , p38 , Fyn , Chk1 В фосфорилировании S10 участвуют [ 11 ]
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. [ 12 ] Нынешнее понимание и интерпретация гистонов основаны на двух крупномасштабных проектах: ENCODE и Epigenomic Roadmap. [ 13 ] Целью эпигеномного исследования было изучение эпигенетических изменений по всему геному. Это привело к состояниям хроматина, которые определяют геномные области, группируя вместе различные белки и/или модификации гистонов. Состояние хроматина исследовали в клетках дрозофилы путем изучения места связывания белков в геноме. Использование ChIP-секвенирования позволило выявить участки генома, характеризующиеся различной полосообразностью. [ 14 ] У дрозофилы также были профилированы различные стадии развития, акцент был сделан на актуальности модификаций гистонов. [ 15 ] Анализ полученных данных привел к определению состояний хроматина на основе модификаций гистонов. [ 16 ] Были картированы определенные модификации, и было замечено, что обогащение локализуется в определенных геномных регионах.
Геном человека 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. [ 17 ] [ 18 ]
Эффект модификации
[ редактировать ]Значительное количество фосфорилированных остатков гистонов связано с экспрессией генов. Интересно, что они часто связаны с регуляцией пролиферативных генов. Фосфорилирование серинов 10 и 28 H3 и серина 32 H2B связано с регуляцией транскрипции генов, чувствительных к эпидермальному фактору роста (EGF). H3S10ph и H2BS32ph связаны с экспрессией протоонкогенов, таких как c-fos, c-jun и c-myc.50-52 Кроме того, было показано, что фосфорилирование H3S28 осуществляется на промоторах таких генов, как c-fos и α-глобин. контролировать их активацию.53 Примечательно, что фосфорилирование H3S10 и H3S28 происходит не только при стимуляции EGF, но также увеличивается при УФБ-излучение. Фосфорилирование H3 на T11 и T6 также участвует в регуляции транскрипции в ответ на стимуляцию андрогенами54,55 и на повреждение ДНК в клетках мыши.56
Фосфорилирование H3S10, T11 и S28 явно связано с ацетилированием H3, что сильно влияет на эти модификации в активации транскрипции. Независимые исследования показывают, что эти события фосфорилирования механически связаны с Gcn5-зависимым ацетилированием H3 (рис. 1).57-59 Действительно, в EGF-стимулированных клетках фосфорилирование H3S10 тесно связано с H3 K9ac и K14ac, которые являются маркерами активации транскрипции. .51,60,61 Было показано, что фосфорилирование H3S10 способствует ацетилированию H3K14 ацетилтрансфераза Gcn5 in vitro и обеспечивает регулируемую Gcn5 транскрипцию гена in vivo.57 Аналогичная связь была описана у дрожжей, где H3S10, фосфорилированный Snf1, действует совместно с Gcn5-зависимым ацетилированием H3K14, усиливая транскрипцию.62 Эта функциональная связь между H3S10ph и Gcn5 вероятно, опосредовано прямым взаимодействием ацетилтрансферазы с фосфорилированным Остаток H3S10, который наблюдался in vitro.57,60 Однако анализ активации промотора c-jun показал, что K14ac появляется раньше S10ph и что ингибирование фосфорилирования S10 не влияет на K14ac, указывая тем самым, что эти два события могут быть разделены. 61,63 Интересно, что фосфорилирование хвоста H3 на T11 в дополнение к S10 усиливает его взаимодействие с Gcn5 на промоторах Gcn5-зависимые гены, такие как регуляторы клеточного цикла циклин B и cdk1, приводят к усилению ацетилирования H3K9 и K14 и стимуляции транскрипции.54,56,58 Аналогичным образом было обнаружено, что фосфорилирование H3S28 способствует ацетилированию K9.59 В целом эти данные предполагают сложные перекрестные помехи между фосфорилированием H3S10, T11 и S28 при контроле Gcn5-зависимое ацетилирование H3, экспрессия генов и пролиферация клеток.
Клиническое значение
[ редактировать ]Методы
[ редактировать ]Гистоновую метку можно обнаружить разными способами:
1. 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. [ 19 ]
2. Секвенирование микрококковой нуклеазы ( MNase-seq ) используется для исследования областей, связанных хорошо расположенными нуклеосомами. Для определения положения нуклеосом используют фермент микрококковой нуклеазы. Видно, что хорошо расположенные нуклеосомы имеют обогащение последовательностей. [ 20 ]
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. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Комар, Дорота; Ющинский, Пшемыслав (2020). «Восставший эпигеном: фосфорилирование гистонов H3S10 и киназы H3S10 в биологии и терапии рака» . Клиническая эпигенетика . 12 (1): 147. дои : 10.1186/s13148-020-00941-2 . ПМЦ 7556946 . ПМИД 33054831 .
- ^ Перейти обратно: а б Пэн, Цинь; Лу, Шаоин; Ши, Юксин; Пан, Ицзя; Лимсакул, Праопим; Чернов Андрей Владимирович; Цю, Цзюхуэй; Чай, Сяоци; Ши, Ивэнь; Ван, Пэнчжи; Цзи, Янмин; Ли, И-Шуань Дж.; Стронгин, Алекс Ю.; Верхуша Владислав Васильевич; Исписуа Бельмонте, Хуан Карлос; Рен, Бинг; Ван, Юаньлян; Чиен, Шу; Ван, Инсяо (2018). «Координированные модификации гистонов и реорганизация хроматина в одной клетке, выявленные с помощью биосенсоров FRET» . Труды Национальной академии наук . 115 (50): Е11681–Е11690. Бибкод : 2018PNAS..11511681P . дои : 10.1073/pnas.1811818115 . ПМК 6294946 . ПМИД 30478057 .
- ^ Кастеллано-Посо, Майкель; Сантос-Перейра, Хосе М.; Рондон, Ана Г.; Баррозу, Соня; Андухар, Элоиза; Перес-Алегри, Моника; Гарсия-Муза, Татьяна; Агилера, Андрес (2013). «Петли R связаны с фосфорилированием гистона H3 S10 и конденсацией хроматина» . Молекулярная клетка . 52 (4): 583–590. дои : 10.1016/j.molcel.2013.10.006 . ПМИД 24211264 .
- ^ Хуан, Суминг; Литт, Майкл Д.; Энн Блейки, К. (30 ноября 2015 г.). Эпигенетическая экспрессия и регуляция генов . Эльзевир Наука. стр. 21–38. ISBN 9780127999586 .
- ^ Савицка, Анна; Зайзер, Кристиан (1 августа 2014 г.). «Ощущение фосфорилирования основных гистонов – вопрос идеального выбора времени» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1839 (8): 711–718. дои : 10.1016/j.bbagrm.2014.04.013 . ПМК 4103482 . ПМИД 24747175 .
- ^ Россетто, Дорин; Аввакумов Никита; Коте, Жак (1 октября 2012 г.). «Фосфорилирование гистонов» . Эпигенетика . 7 (10): 1098–1108. дои : 10.4161/epi.21975 . ISSN 1559-2294 . ПМЦ 3469451 . ПМИД 22948226 .
- ^ Чжан, Е; Гриффин, Карен; Мондал, Нилима; Парвин, Джеффри Д. (21 мая 2004 г.). «Фосфорилирование гистона H2A ингибирует транскрипцию на матрицах хроматина» . Журнал биологической химии . 279 (21): 21866–21872. дои : 10.1074/jbc.M400099200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 15010469 .
- ^ Джонсон Л.Н., Барфорд Д. (1993). «Влияние фосфорилирования на структуру и функцию белков [J]». Ежегодный обзор биофизики и биомолекулярной структуры . 22 (1): 199–232. дои : 10.1146/annurev.bb.22.060193.001215 . ПМИД 8347989 .
- ^ Перейти обратно: а б Чесла Дж; Фрачик Т; Роде В. (2011). «Фосфорилирование основных аминокислотных остатков в белках: важно, но легко упускается из виду» . Акта Биохим. Пол . 58 (2): 137–47. дои : 10.18388/abp.2011_2258 . ПМИД 21623415 .
- ^ Дойчер, Дж.; Сайер, Дж. (2005). «Фосфорилирование белков Ser / Thr / Tyr в бактериях - долгое время игнорировалось, теперь хорошо известно». Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 9 (3–4): 125–131. дои : 10.1159/000089641 . ПМИД 16415586 . S2CID 13093867 .
- ^ Россетто, Дорин; Аввакумов Никита; Коте, Жак (2012). «Фосфорилирование гистонов» . Эпигенетика . 7 (10): 1098–1108. дои : 10.4161/epi.21975 . ПМЦ 3469451 . ПМИД 22948226 .
- ^ 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 Дж.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., Буссемакер 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 .
- ^ Ли, Юн Хва; Ма, Хуэй; Тан, Туан Зеа; Нг, Суи Сианг; Сунг, Ричи; Мори, Сейичи; Фу, Синь-Юань; Зерницка-Гетц, Магдалена; Ву, Цян (2012). «Белок аргининметилтрансфераза 6 регулирует идентичность эмбриональных стволовых клеток» . Стволовые клетки и развитие . 21 (14): 2613–2622. дои : 10.1089/scd.2011.0330 . ПМК 5729635 . ПМИД 22455726 .
- ^ «Полногеномное IP-секвенирование хроматина (ChIP-Seq)» (PDF) . Иллюмина . Архивировано (PDF) из оригинала 3 января 2020 года . Проверено 23 октября 2019 г.
- ^ «МЭН-Seq/Mnase-Seq» . иллюмина . Архивировано из оригинала 12 ноября 2020 года . 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 .