H4K20me
H4K20me представляет собой эпигенетическую модификацию белка, упаковывающего ДНК, гистона H4 . Это метка, указывающая на монометилирование 20 -го остатка лизина белка гистона Н4. Эта метка может быть ди- и триметилированной. Это имеет решающее значение для целостности генома, включая восстановление повреждений ДНК, репликацию ДНК и уплотнение хроматина.
H4K20me2 является наиболее распространенным состоянием метилирования гистона H4 и одним из первых модифицированных остатков гистонов, которые были идентифицированы еще в экстрактах гороха и теленка в 1969 году. Это один из двух идентифицированных метилированных остатков лизина на гистоне H4, другой является монометилированным. Х4К12. [ 1 ] [ 2 ]
Каждая степень метилирования H4K20 имеет совершенно разные клеточные процессы. Потеря H4K20me3 наряду со снижением количества H4K16ac является ярким индикатором рака.
Номенклатура
[ редактировать ]H4K20me указывает на монометилирование лизина : 20 на субъединице белка гистона H4 [ 3 ]
| Сокр. | Значение |
| Н4 | Семейство гистонов H4 |
| К | стандартное сокращение для лизина |
| 20 | положение аминокислотного остатка
(считая от N-конца) |
| мне | метильная группа |
| 1 | количество добавленных метильных групп |
Метилирование лизина
[ редактировать ]
На этой диаграмме показано прогрессивное метилирование остатка лизина. Монометилирование (второе слева) обозначает метилирование, присутствующее в H4K20me. [ 4 ]
H4K20me существует в трех различных состояниях: моно-, ди- и триметилирование. [ 4 ]
H4K20me1
[ редактировать ]H4K20me1 связан с активацией транскрипции. [ 5 ]
H4K20me2
[ редактировать ]H4K20me2 похож на H4K20me1, но имеет другое распределение, и это диметилирование контролирует клеточный цикл и реакцию на повреждение ДНК. [ 5 ] [ 6 ]
H4K20me3
[ редактировать ]H4K20me3 совсем другой. H4K20me3 подавляет транскрипцию, если присутствует на промоторах. H4K20me3 также подавляет повторяющуюся ДНК и транспозоны. Потеря H4K20me3 определяет рак наряду со снижением уровня H4K16ac. [ 5 ] [ 7 ]
H4K20me3 участвует в синдроме Хатчинсона-Гилфорда Прогерии , при котором у пациентов наблюдается преждевременное и очень быстрое старение, вызванное мутациями de novo, возникающими в гене, кодирующем ламин А. Ламин А производится, но не обрабатывается должным образом. Эта плохая обработка создает действительно аномальную морфологию ядра и дезорганизованный гетерохроматин . У пациентов также нет соответствующей репарации ДНК, и у них также наблюдается повышенная нестабильность генома. [ 8 ]
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. [ 7 ] Неясно, как именно это снижение происходит в повторяющихся последовательностях наряду с общим снижением метилирования ДНК. [ 9 ]
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 (C) конец этих гистонов участвует во взаимодействиях гистонов-гистонов, а также во взаимодействиях гистонов с ДНК. Заряженные амино-(N)-концевые хвосты являются местом посттрансляционных модификаций, таких как та, которая наблюдается в H3K36me3 . [ 10 ] [ 11 ]
Эпигенетические последствия
[ редактировать ]Посттрансляционная модификация хвостов гистонов либо с помощью комплексов, модифицирующих гистоны, либо комплексов, ремоделирующих хроматин, интерпретируется клеткой и приводит к сложному комбинаторному транскрипционному результату. Считается, что код гистонов диктует экспрессию генов посредством сложного взаимодействия между гистонами в определенной области. [ 12 ] Текущее понимание и интерпретация гистонов основано 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 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. [ 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 ]
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 аннотации позволяет глубже понять регуляцию генов, специфичных для клеток. [ 17 ]
История
[ редактировать ]H4K20 был одним из первых модифицированных остатков гистонов, идентифицированных в экстрактах гороха и теленка в 1969 году. [ 1 ]
Целостность генома
[ редактировать ]H4K20me важен для восстановления повреждений ДНК, репликации ДНК и уплотнения хроматина. [ 4 ]
Существует набор H4K20-специфичных гистоновых метилтрансфераз (SET8/PR-Set7, SUV4-20H1 и SUV4-20H2). Без этих ферментов происходит нарушение геномной нестабильности. [ 4 ]
Методы
[ редактировать ]Гистоновую метку H4K20me можно обнаружить разными 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. [ 18 ]
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. [ 19 ]
3. Анализ секвенирования хроматина, доступного транспозазам (ATAC-seq), используется для поиска областей, свободных от нуклеосом (открытый хроматин). Он использует гиперактивный транспозон Tn5 для выделения локализации нуклеосом. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Бек, Д.Б.; Ода, Х.; Шен, СС; Рейнберг, Д. (2012). «PR-Set7 и H4K20me1: на перекрестке целостности генома, клеточного цикла, конденсации хромосом и транскрипции» . Гены и развитие . 26 (4): 325–337. дои : 10.1101/gad.177444.111 . ПМЦ 3289880 . ПМИД 22345514 .
- ^ Мецгер, Эрик; Ван, Шэн; Урбан, Сильвия; Вильманн, Доминика; Шмидт, Андреас; Офферманн, Энн; Аллен, Анита; Сумма, Мануэла; Обье, Надин; Коттар, Фелиси; Ульфертс, Свенья; Прека, Богдан-Тиберий; Германн, Бьянка; Маурер, Йохен; Грещик, Хольгер (06 мая 2019 г.). «KMT9 монометилирует лизин 12 гистона H4 и контролирует пролиферацию клеток рака простаты» . Структурная и молекулярная биология природы . 26 (5): 361–371. дои : 10.1038/s41594-019-0219-9 . ISSN 1545-9985 .
- ^ Хуан, Суминг; Литт, Майкл Д.; Энн Блейки, К. (30 ноября 2015 г.). Эпигенетическая экспрессия и регуляция генов . Эльзевир Наука. стр. 21–35. ISBN 9780127999586 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Йоргенсен, С.; Шотта, Г.; Соренсен, CS (2013). «Метилирование гистона H4 лизина 20: ключевой игрок в эпигенетической регуляции целостности генома» . Исследования нуклеиновых кислот . 41 (5): 2797–2806. дои : 10.1093/нар/gkt012 . ПМЦ 3597678 . ПМИД 23345616 .
- ^ Перейти обратно: а б с «Обзор гистона H4K20» . Проверено 21 ноября 2019 г.
- ^ Пакуин, Карисса Л.; Хоулетт, Найл Г. (2018). «Понимание кода восстановления гистоновой ДНК: H4K20me2 оставляет свой след» . Молекулярные исследования рака . 16 (9): 1335–1345. дои : 10.1158/1541-7786.MCR-17-0688 . ПМК 7083049 . ПМИД 29858375 .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ Арансио, Уолтер; Пиццоланти, Джузеппе; Дженовезе, Свонильд И.; Питроне, Мария; Джордано, Карла (2014). «Эпигенетическое участие в синдроме Хатчинсона-Гилфорда Прогерии: мини-обзор». Геронтология . 60 (3): 197–203. дои : 10.1159/000357206 . hdl : 10447/93705 . ПМИД 24603298 . S2CID 2459118 .
- ^ «Обзор гистона H4K16» . Проверено 23 ноября 2019 г.
- ^ 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 .
- ^ 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 . ПМК 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 .
- ^ «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 .