H3K4me1 - H3K4me1

H3K4me1 je epigenetický modifikace obalového proteinu DNA Histon H3. Jedná se o značku, která označujemethylace 4. den lysin zbytek histonového H3 proteinu a často spojován s zesilovače genů.

Nomenklatura

H3K4me1 označuje monomethylace z lysin 4 na histonové H3 proteinové podjednotce:[1]

Zkr.Význam
H3Rodina histonů H3
K.standardní zkratka pro lysin
4poloha zbytku aminokyseliny

(počítáno od N-konce)

měmethylová skupina
1počet přidaných methylových skupin

Methylace lysinu

Methylace-lysin

Tento diagram ukazuje progresivní methylaci lysinového zbytku. Monometylace označuje methylaci přítomnou v H3K4me1.

Porozumění histonovým úpravám

Genomová DNA eukaryotických buněk je obalena kolem speciálních proteinových molekul známých jako Histony. Komplexy vytvořené smyčkováním DNA jsou známé jako Chromatin. Základní strukturní jednotkou chromatinu je Nukleosom: skládá se z jádra oktameru histonů (H2A, H2B, H3 a H4), jakož i z linkeru histonu a asi 180 párů bází DNA. Tyto základní histony jsou bohaté na zbytky lysinu a argininu. The karboxylová (C) koncovka konec těchto histonů přispívá k interakcím histon-histon, stejně jako k interakcím histon-DNA. The amino (N) terminál nabité konce jsou místem posttranslačních modifikací, jako jsou ty, které jsou vidět v H3K4me1.[2][3]

Mechanismus a funkce modifikace

H3K4me1 je obohacen o aktivní a aktivované zesilovače.[4] Zesilovače transkripce řídí expresi genu buněčné identity a jsou důležité v buněčné identitě. Zesilovače jsou aktivovány histonovou H3K4 mono- / di-methyltransferázou MLL4 a poté jsou aktivovány histonovou H3K27 acetyltransferázou p300.[5] H3K4me1 vyladí spíše aktivitu a funkci zesilovače než ovládací prvky.[4] H3K4me1 je potlačen KMT2C (MLL3) a KMT2D (MLL4)[6]

LSD1 a související LSD2 / KDM1B demethylát H3K4me1 a H3K4me2.[7]

Značky spojené s aktivní transkripcí genů, jako jsou H3K4me1 a H3K9me1, mají velmi krátké poločasy.[8]

H3K4me1 s MLL3 / 4 může také působit na promotory a potlačovat geny.[8]

Vztah k jiným modifikacím

H3K4me1 je chromatinový podpis zesilovačů, H3K4me2 je nejvyšší na 5 'konci transkripčních genů a H3K4me3 je vysoce obohacený promotory a připravenými geny. H3K27me3, H4K20me1 a H3K4me1 umlčují transkripci v embryonálních fibroblastech, makrofázích a lidských embryonálních kmenových buňkách (ESC).[7]

Vylepšovače, které mají současně dvě protichůdné značky, jako je aktivní značka H3K4me1 a represivní značka H3K27me3, se nazývají bivalentní nebo připravené. Tyto bivalentní zesilovače se převádějí a obohacují o H3K4me1 a acetylovaný H3K27 (H3K27ac ) po diferenciaci.[8]

Epigenetické důsledky

Posttranslační modifikace histonových ocasů buď komplexy modifikujícími histon nebo komplexy remodelace chromatinu jsou interpretovány buňkou a vedou ke komplexnímu kombinatorickému transkripčnímu výstupu. Předpokládá se, že a Histonový kód diktuje expresi genů komplexní interakcí mezi histony v konkrétní oblasti.[9] Současné chápání a interpretace histonů pochází ze dvou velkých projektů: ZAKÓDOVAT a epigenomický plán.[10] Účelem epigenomické studie bylo vyšetřit epigenetické změny v celém genomu. To vedlo ke stavům chromatinu, které definují genomové oblasti seskupením interakcí různých proteinů a / nebo modifikací histonů dohromady. Stavy chromatinu byly zkoumány v buňkách Drosophila zkoumáním vazebného místa proteinů v genomu. Použití Sekvenování čipů odhalené oblasti v genomu charakterizované různými pruhy.[11] Různá vývojová stadia byla profilována také v Drosophile, důraz byl kladen na význam modifikace histonu.[12] Pohled na získaná data vedl k definici stavů chromatinu na základě modifikací histonu.[13] Byly zmapovány určité modifikace a bylo pozorováno, že k obohacení dochází v určitých genomových oblastech. Bylo nalezeno pět základních histonových modifikací, přičemž každá z nich byla spojena s různými buněčnými funkcemi.

Lidský genom byl komentován stavy chromatinu. Tyto anotované stavy lze použít jako nové způsoby anotace genomu nezávisle na podkladové sekvenci genomu. Tato nezávislost na sekvenci DNA prosazuje epigenetickou povahu modifikací histonu. Stavy chromatinu jsou také užitečné při identifikaci regulačních prvků, které nemají definovanou sekvenci, jako jsou zesilovače. Tato další úroveň anotace umožňuje hlubší pochopení buněčné specifické regulace genů.[14]

Klinický význam

Potlačení H3K4 mono- a di-demetylázy LSD-1 může prodloužit životnost u různých druhů.[15]

H3K4me umožňuje vazbu MDB a zvýšenou aktivitu DNMT1 což by mohlo vést k Fenotyp methylátoru ostrova CpG (CIMP). CIMP je druh rakoviny tlustého střeva a konečníku způsobený inaktivací mnoha tumor supresorových genů z epigenetických účinků.[16]

Metody

Histonovou značku H3K4me1 lze detekovat různými způsoby:

1. Sekvenování imunoprecipitace chromatinu (Sekvenování čipů ) měří množství obohacení DNA, jakmile je navázáno na cílený protein a imunoprecipitovaný. Výsledkem je dobrá optimalizace a používá se in vivo odhalit vazbu DNA-protein vyskytující se v buňkách. ChIP-Seq lze použít k identifikaci a kvantifikaci různých fragmentů DNA pro různé modifikace histonu podél genomové oblasti.[17]

2. Sekvenování mikrokokokové nukleázy (MNase-seq ) se používá k vyšetřování oblastí, které jsou vázány dobře umístěnými nukleosomy. K identifikaci polohy nukleosomů se používá použití mikrokokokového nukleázového enzymu. Je vidět, že dobře umístěné nukleosomy mají obohacení sekvencí.[18]

3. Stanovení sekvenování chromatinu přístupného pro transposázu (ATAC-seq ) se používá k průzkumu oblastí, které neobsahují nukleosomy (otevřený chromatin). Používá hyperaktivní Transpozon Tn5 zvýraznit lokalizaci nukleosomů.[19][20][21]

Viz také

Reference

  1. ^ Huang, Suming; Litt, Michael D .; Ann Blakey, C. (2015-11-30). Epigenetická genová exprese a regulace. 21–38. ISBN  9780127999586.
  2. ^ Ruthenburg AJ, Li H, Patel DJ, Allis CD (prosinec 2007). "Multivalentní zapojení úprav chromatinu spojenými vazebnými moduly". Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 8 (12): 983–94. doi:10.1038 / nrm2298. PMC  4690530. PMID  18037899.
  3. ^ Kouzarides T (únor 2007). "Úpravy chromatinu a jejich funkce". Buňka. 128 (4): 693–705. doi:10.1016 / j.cell.2007.02.005. PMID  17320507.
  4. ^ A b Rada-Iglesias, Alvaro (2018). "Je H3K4me1 u enhancerů korelační nebo kauzativní?". Genetika přírody. 50 (1): 4–5. doi:10.1038 / s41588-017-0018-3. PMID  29273804.
  5. ^ Wang, Chaochen; Lee, Ji-Eun; Lai, Binbin; MacFarlan, Todd S .; Xu, Shiliyang; Zhuang, Lenan; Liu, Chengyu; Peng, Weiqun; Ge, Kai (2016). "Enhancer priming by H3K4 methyltransferase MLL4 řídí přechod osudu buněk". Sborník Národní akademie věd. 113 (42): 11871–11876. doi:10.1073 / pnas.1606857113. PMC  5081576. PMID  27698142.
  6. ^ Herz, H.-M .; Mohan, M .; Garruss, A. S .; Liang, K .; Takahashi, Y.-h .; Mickey, K .; Voets, O .; Verrijzer, C. P .; Shilatifard, A. (2012). „Monomethylace H3K4 spojená s vylepšovačem pomocí Trithorax, homolog Drosophila savčího Mll3 / Mll4“. Geny a vývoj. 26 (23): 2604–2620. doi:10.1101 / gad.201327.112. PMC  3521626. PMID  23166019.
  7. ^ A b Hyun, Kwangbeom; Jeon, Jongcheol; Park, Kihyun; Kim, Jaehoon (2017). „Psaní, mazání a čtení methylací histonového lysinu“. Experimentální a molekulární medicína. 49 (4): e324. doi:10.1038 / emm.2017.11. PMC  6130214. PMID  28450737.
  8. ^ A b C Huang, Suming; Litt, Michael D .; Ann Blakey, C. (2015-10-19). Epigenetická genová exprese a regulace. ISBN  9780128004715.
  9. ^ Jenuwein T, Allis CD (srpen 2001). "Překlad histonového kódu". Věda. 293 (5532): 1074–80. doi:10.1126 / science.1063127. PMID  11498575.
  10. ^ Birney E, Stamatoyannopoulos JA, Dutta A, Guigó R, Gingeras TR, Margulies EH, et al. (Konsorcium projektu ENCODE) (červen 2007). „Identifikace a analýza funkčních prvků v 1% lidského genomu pilotním projektem ENCODE“. Příroda. 447 (7146): 799–816. Bibcode:2007Natur.447..799B. doi:10.1038 / nature05874. PMC  2212820. PMID  17571346.
  11. ^ Filion GJ, van Bemmel JG, Braunschweig U, Talhout W, Kind J, Ward LD, Brugman W, de Castro IJ, Kerkhoven RM, Bussemaker HJ, van Steensel B (říjen 2010). „Systematické mapování polohy proteinu odhaluje pět hlavních typů chromatinu v buňkách Drosophila“. Buňka. 143 (2): 212–24. doi:10.1016 / j.cell.2010.09.009. PMC  3119929. PMID  20888037.
  12. ^ Roy S, Ernst J, Kharchenko PV, Kheradpour P, Negre N, Eaton ML a kol. (konsorcium modENCODE) (prosinec 2010). "Identifikace funkčních prvků a regulačních obvodů pomocí Drosophila modENCODE". Věda. 330 (6012): 1787–97. Bibcode:2010Sci ... 330.1787R. doi:10.1126 / science.1198374. PMC  3192495. PMID  21177974.
  13. ^ Kharchenko PV, Alekseyenko AA, Schwartz YB, Minoda A, Riddle NC, Ernst J a kol. (Březen 2011). "Komplexní analýza krajiny chromatinu v Drosophila melanogaster". Příroda. 471 (7339): 480–5. Bibcode:2011Natur.471..480K. doi:10.1038 / nature09725. PMC  3109908. PMID  21179089.
  14. ^ Kundaje A, Meuleman W, Ernst J, Bilenky M, Yen A, Heravi-Moussavi A, Kheradpour P, Zhang Z a kol. (Roadmap Epigenomics Consortium) (únor 2015). „Integrativní analýza 111 referenčních lidských epigenomů“. Příroda. 518 (7539): 317–30. Bibcode:2015 Natur.518..317.. doi:10.1038 / příroda14248. PMC  4530010. PMID  25693563.
  15. ^ Sen, Payel; Shah, Parisha P .; Nativio, Raffaella; Berger, Shelley L. (2016). „Epigenetické mechanismy dlouhověkosti a stárnutí“. Buňka. 166 (4): 822–839. doi:10.1016 / j.cell.2016.07.050. PMC  5821249. PMID  27518561.
  16. ^ Neidhart, Michel (2015-09-17). Methylace DNA a komplexní lidská nemoc. str. 124. ISBN  978-0-12-420194-1.
  17. ^ „Chromatinové IP sekvenování celého genomu (ChIP-Seq)“ (PDF). Illumina. Citováno 23. října 2019.
  18. ^ „MAINE-Seq / Mnase-Seq“. osvětlení. Citováno 23. října 2019.
  19. ^ Buenrostro, Jason D .; Wu, Peking; Chang, Howard Y .; Greenleaf, William J. (2015). „ATAC-seq: Metoda pro stanovení dostupnosti chromatinu v celém genomu“. Současné protokoly v molekulární biologii. 109: 21.29.1–21.29.9. doi:10.1002 / 0471142727.mb2129s109. ISBN  9780471142720. PMC  4374986. PMID  25559105.
  20. ^ Schep, Alicia N .; Buenrostro, Jason D .; Denny, Sarah K .; Schwartz, Katja; Sherlock, Gavin; Greenleaf, William J. (2015). „Strukturované otisky nukleosomů umožňují mapování chromatinové architektury ve vysokém rozlišení v regulačních oblastech“. Výzkum genomu. 25 (11): 1757–1770. doi:10,1101 / gr.192294.115. ISSN  1088-9051. PMC  4617971. PMID  26314830.
  21. ^ Song, L .; Crawford, G. E. (2010). „DNase-seq: Technika s vysokým rozlišením pro mapování aktivních genových regulačních prvků napříč genomem z savčích buněk“. Cold Spring Harbor Protocols. 2010 (2): pdb.prot5384. doi:10.1101 / pdb.prot5384. ISSN  1559-6095. PMC  3627383. PMID  20150147.