H4K16ac - H4K16ac

H4K16ac je epigenetický modifikace DNA obalový protein Histon H4. Je to značka označující acetylace v 16 lysin zbytek proteinu histonu H4.

H4K16ac je neobvyklý v tom, že má obojí transkripční aktivace A represe činnosti.

Ztráta H4K20me3 spolu se snížením H4K16ac je silným indikátorem rakoviny.

Acetylace a deacetylace lysinu

Acetylace lysinu

Proteiny jsou obvykle acetylovány lysin zbytky a na tuto reakci se spoléhá acetyl-koenzym A jako dárce acetylové skupiny. v acetylace a deacetylace histonu, histonové proteiny jsou acetylované a deacetylované na lysinových zbytcích v N-koncovém ocasu jako součást genová regulace. Typicky jsou tyto reakce katalyzovány enzymy s histon acetyltransferáza (HAT) nebo histon deacetyláza (HDAC) aktivita, i když HAT a HDAC mohou také změnit acetylační stav nehistonových proteinů.[1]

Regulace transkripčních faktorů, efektorových proteinů, molekulární chaperony a cytoskeletální proteiny acetylací a deacetylací jsou významným posttranslačním regulačním mechanismem[2] Tyto regulační mechanismy jsou analogické fosforylaci a defosforylaci působením kinázy a fosfatázy. Nejen, že může acetylační stav proteinu změnit jeho aktivitu, ale v poslední době se to naznačuje posttranslační modifikace může také přeslechovat s fosforylace, methylace, ubikvitinace, sumoylace a další pro dynamickou kontrolu buněčné signalizace.[3][4][5]

V oblasti epigenetika, acetylace histonů (a deacetylace ) se ukázaly jako důležité mechanismy při regulaci genové transkripce. Histony však nejsou jedinými proteiny regulovanými posttranslační acetylace.

Nomenklatura

H4K16ac označuje acetylaci lysin 16 na histonové H4 proteinové podjednotce:[6]

Zkr.Význam
H4H4 rodina histonů
K.standardní zkratka pro lysin
16pozice aminokyselinový zbytek
(počítáno od N-konce)
acacetylová skupina

Histonové modifikace

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. Karboxylový (C) terminální konec těchto histonů přispívá k interakcím histon-histon, stejně jako k interakcím histon-DNA. Amino (N) terminálně nabité konce jsou místem posttranslačních modifikací, jako jsou ty, které jsou vidět na H3K36me3.[7][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]

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. Chromatinové stavy jsou také užitečné při identifikaci regulačních prvků, které nemají definovanou sekvenci, jako např zesilovače. Tato další úroveň anotace umožňuje hlubší pochopení buněčné specifické regulace genů.[14]

Důležitost

Zadruhé může blokovat funkci remodelovačů chromatinu.[15] Za třetí neutralizuje kladný náboj na lysinech.[15] Acetylace histonu H4 na lysinu 16 (H4K16Ac) je zvláště důležitá pro strukturu a funkci chromatinu u různých eukaryot a je katalyzována specifickými histon-lysin acetyltransferázami (HAT). H4K16 je obzvláště zajímavý, protože je to jediné acetylovatelné místo H4 N-terminálního konce a může ovlivnit tvorbu kompaktní struktury chromatinu vyššího řádu.[15] Zdá se, že hypoacetylace H4K16 způsobuje opožděný nábor Oprava DNA bílkoviny na stránky Poškození DNA v myším modelu předčasného stárnutí, jako je Hutchinson – Gilfordův syndrom progerie.[16] H4K16Ac má také role v transkripční aktivaci a údržbě euchromatin.[17]

Aktivace a represe

H4K16ac je neobvyklý v tom, že je spojen s transkripční aktivací i represí. The bromodoména TIP5, část NoRC, se váže na H4K16ac a pak NoRC komplex umlčí rDNA s HAT a DNMT.[18]

K dispozici je také snížení úrovní H3K56ac během stárnutí a zvýšení hladin H4K16ac.[19] Zvýšený H4K16ac ve starých kvasinkových buňkách je spojen s poklesem hladin HDAC Sir2, což může při prodloužené expresi prodloužit životnost.[19]

Značka rakoviny

Ztráta represivní značky H4K20me3 definuje rakovinu spolu se snížením aktivační značky H4K16ac. Není jasné, jak je ztráta represivní a aktivační značky indikátorem rakoviny.[20] Není jasné, jak přesně, ale k této redukci dochází u opakujících se sekvencí spolu s obecně sníženou methylací DNA.[18]

Metody

Acetylaci histonových značek lze detekovat různými způsoby:

1. Chromatinová imunoprecipitace Sekvenování (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.[21]

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.[22]

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.[23][24][25]

Viz také

Reference

  1. ^ Sadoul K, Boyault C, Pabion M, Khochbin S (2008). "Regulace obratu bílkovin acetyltransferázami a deacetylázami". Biochimie. 90 (2): 306–12. doi:10.1016 / j.biochi.2007.06.009. PMID  17681659.
  2. ^ Glozak MA, Sengupta N, Zhang X, Seto E (2005). "Acetylace a deacetylace nehistonových proteinů". Gen. 363: 15–23. doi:10.1016 / j.gene.2005.09.010. PMID  16289629.
  3. ^ Yang XJ, Seto E (2008). „Lysinová acetylace: kodifikovaný přeslech s dalšími posttranslačními úpravami“. Mol. Buňka. 31 (4): 449–61. doi:10.1016 / j.molcel.2008.07.002. PMC  2551738. PMID  18722172.
  4. ^ Eddé B, Denoulet P, de Néchaud B, Koulakoff A, Berwald-Netter Y, Gros F (1989). "Posttranslační modifikace tubulinu v kultivovaných myších mozkových neuronech a astrogliích". Biol. Buňka. 65 (2): 109–117. doi:10.1016 / 0248-4900 (89) 90018-x. PMID  2736326.
  5. ^ Maruta H, Greer K, Rosenbaum JL (1986). „Acetylace alfa-tubulinu a její vztah k montáži a demontáži mikrotubulů“. J. Cell Biol. 103 (2): 571–579. doi:10.1083 / jcb.103.2.571. PMC  2113826. PMID  3733880.
  6. ^ Huang, Suming; Litt, Michael D .; Ann Blakey, C. (2015-11-30). Epigenetická genová exprese a regulace. 21–38. ISBN  9780127999586.
  7. ^ 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.
  8. ^ Kouzarides T (únor 2007). "Úpravy chromatinu a jejich funkce". Buňka. 128 (4): 693–705. doi:10.1016 / j.cell.2007.02.005. PMID  17320507.
  9. ^ Jenuwein T, Allis CD (srpen 2001). „Překlad histonového kódu“. Věda. 293 (5532): 1074–1080. CiteSeerX  10.1.1.453.900. doi:10.1126 / science.1063127. PMID  11498575.
  10. ^ Birney E, Stamatoyannopoulos JA, Dutta A Guigó R, Gingeras TR, Margulies EH a kol. (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. ^ A b C Taylor GC, Eskeland R, Hekimoglu-Balkan B, Pradeepa MM, Bickmore WA (prosinec 2013). „Acetylace H4K16 označuje aktivní geny a zesilovače embryonálních kmenových buněk, ale nemění zhutnění chromatinu“. Výzkum genomu. 23 (12): 2053–65. doi:10,1101 / gr.155028.113. PMC  3847775. PMID  23990607.
  16. ^ Krishnan V, Chow MZ, Wang Z, Zhang L, Liu B, Liu X, Zhou Z (červenec 2011). „Hypoacetylace histonu H4 lysinu 16 je spojena s defektní opravou DNA a předčasným stárnutím u myší s deficitem Zmpste24“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 108 (30): 12325–30. Bibcode:2011PNAS..10812325K. doi:10.1073 / pnas.1102789108. PMC  3145730. PMID  21746928.
  17. ^ Shogren-Knaak M, Ishii H, Sun JM, Pazin MJ, Davie JR, Peterson CL (únor 2006). „Acetylace histonu H4-K16 řídí strukturu chromatinu a interakce proteinů“. Věda. 311 (5762): 844–7. Bibcode:2006Sci ... 311..844S. doi:10.1126 / science.1124000. PMID  16469925.
  18. ^ A b „Recenze Histone H4K16“. Citováno 23. listopadu 2019.
  19. ^ A b Sen P, Shah PP, Nativio R, Berger SL (srpen 2016). „Epigenetické mechanismy dlouhověkosti a stárnutí“. Buňka. 166 (4): 822–839. doi:10.1016 / j.cell.2016.07.050. PMC  5821249. PMID  27518561.
  20. ^ Wang, Y .; Jia, S. (2009). „Stupně jsou tím rozdílem: Multifunkčnost methylace histonu H4 lysinu 20“. Epigenetika. 4 (5): 273–6. doi:10,4161 / epi.4.5.9212. PMC  5116398. PMID  19571682.
  21. ^ „Chromatinové IP sekvenování celého genomu (ChIP-Seq)“ (PDF). Illumina. Citováno 23. října 2019.
  22. ^ „MAINE-Seq / Mnase-Seq“. osvětlení. Citováno 23. října 2019.
  23. ^ 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.
  24. ^ 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.
  25. ^ 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.