Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

H3K9me2 представляет собой эпигенетическую модификацию белка упаковки ДНК гистона H3 . Это метка, указывающая на диметилирование 9-го остатка лизина белка гистона H3. H3K9me2 прочно связан с репрессией транскрипции . [1] [2] [3] Уровни H3K9me2 выше в молчаливом состоянии по сравнению с активными генами в области 10kb, окружающей сайт начала транскрипции. [4] H3K9me2 пассивно подавляет экспрессию генов, запрещая ацетилирование [5] и, следовательно, связывание РНК-полимеразы.или его регуляторные факторы, и активно, путем привлечения репрессоров транскрипции. [6] [7] H3K9me2 также был обнаружен в мегабазных блоках, называемых большими доменами организованного хроматина K9 (LOCKS), которые в основном расположены в разреженных генами регионах, 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 ряда гистоновых лизин-деметилаз (KDM), включая членов семейств KDM1, KDM3, KDM4 и KDM7. [13] [6]H3K9me2 имеет важное значение для различных биологических процессов , в том числе клеточных клонов обязательств, [10] [14] перепрограммирование соматических клеток в индуцированных плюрипотентных стволовых клеток , [15] регулирование воспалительной реакции , [16] [17] и зависимость к употреблению наркотиков. [2] [18] [19] [20]

Номенклатура [ править ]

H3K9me2 указует Диметилирование из лизина 9 гистона Н3 белковой субъединицы: [21]

Сокр.Смысл
H3Семейство гистонов H3
Kстандартное сокращение для лизина
9положение аминокислотного остатка

(считая от N-конца)

мнеметильная группа
2количество добавленных метильных групп

Метилирование лизина [ править ]

На этой диаграмме показано прогрессирующее метилирование остатка лизина. Диметилирование означает метилирование, присутствующее в H3K9me2.

Понимание модификаций гистонов [ править ]

Геномная ДНК эукариотических клеток обернута вокруг специальных белковых молекул, известных как гистоны . Комплексы, образованные петлей 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 гистоны ядра богаты остатками лизина и аргинина. Карбоксильный (C) конец этих гистонов способствует взаимодействию гистонов с гистонами, а также взаимодействиям гистонов с ДНК. Амино (N) -концевые заряженные хвосты являются участком посттрансляционных модификаций , таких как та, которая наблюдается в H3K9me2. [22] [23]

Эпигенетические последствия [ править ]

Посттрансляционная модификация гистоновых хвостов с помощью комплексов модификации гистонов или комплексов ремоделирования хроматина интерпретируется клеткой и приводит к сложному комбинаторному выходу транскрипции. Считается, что гистоновый код диктует экспрессию генов за счет сложного взаимодействия между гистонами в определенной области. [24] Текущее понимание и интерпретация гистонов происходит из двух крупномасштабных проектов: ENCODE и эпигеномной дорожной карты. [25]Целью эпигеномного исследования было изучить эпигенетические изменения по всему геному. Это привело к состояниям хроматина, которые определяют области генома путем группирования взаимодействий различных белков и / или модификаций гистонов вместе. Состояние хроматина исследовали в клетках дрозофилы, изучая место связывания белков в геноме. Использование иммунопреципитации хроматина (ChIP) выявило области в геноме, характеризующиеся различными полосами. [26] Различные стадии развития были профилированы и у Drosophila, акцент был сделан на релевантности модификации гистонов. [27] Изучение полученных данных привело к определению состояний хроматина на основе модификаций гистонов. [28]Были нанесены на карту определенные модификации, и было замечено, что обогащение локализуется в определенных геномных регионах. Было обнаружено пять модификаций коровых гистонов, каждая из которых связана с различными функциями клеток.

  • H3K4me3 - промоторы
  • H3K4me1 - праймированные энхансеры
  • H3K36me3 -генные тела
  • H3K27me3 - репрессия поликомб
  • H3K9me3- гетерохроматин
  • H3K9me2 - факультативный гетерохроматин

Геном человека был аннотирован состояниями хроматина. Эти аннотированные состояния могут использоваться как новые способы аннотирования генома независимо от лежащей в основе последовательности генома. Эта независимость от последовательности ДНК обеспечивает эпигенетический характер 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 клеточно-специфических генов. [29]

Клиническое значение [ править ]

Зависимость [ править ]

Смотрите также: Зависимость § Нейроэпигенетические механизмы

Хронические привыкание результаты воздействия наркотиков в ΔFosB -опосредованной репрессии в G9a и снижение H3K9 Диметилирование в прилежащем ядре , что , в свою очередь , вызывает дендритных разветвление , измененную синаптическую экспрессию белка, и увеличение поведения наркотиков ищет. [2] [18] Напротив, гиперэкспрессия прилежащего G9a приводит к заметно усиленному диметилированию H3K9 и блокирует индукцию нейронной и поведенческой пластичности при хроническом употреблении наркотиков [2] [19] [20] [30], которая происходит через H3K9me2- опосредованная репрессия факторов транскрипциидля ΔFosB и H3K9me2-опосредованной репрессии различных транскрипционных мишеней ΔFosB (например, CDK5 ). [2] [18] [19] Из-за участия H3K9me2 в этих петлях обратной связи и центральной патофизиологической роли сверхэкспрессии ΔFosB как механистического триггера зависимости , [2] [31] уменьшение количества акумбального H3K9me2 непосредственно после многократного воздействия препарата опосредует развитие наркозависимости. [18] [19]

Атаксия Фридрейха [ править ]

R-петли обнаруживаются с меткой H3K9me2 в FXN в клетках атаксии Фридрейха . [32]

Сердечно-сосудистые заболевания [ править ]

H3K9me2 присутствует в подмножестве промоторов генов, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями , в клетках гладких мышц сосудов [16], чтобы блокировать связывание факторов транскрипции NFκB и AP-1 (активаторный белок-1) . [16] Пониженные уровни H3K9me2 наблюдались в клетках гладких мышц сосудов из атеросклеротических поражений человека по сравнению со здоровой тканью аорты у пациентов. [33] В гладкомышечных клетках сосудов пациентов с диабетом уровень H3K9me2 снижен по сравнению с контрольной группой, не страдающей диабетом; поэтому было высказано предположение, что нарушение регуляции H3K9me2 может лежать в основе сосудистых осложнений, связанных с диабетом. [34] [35]Потеря H3K9me2 в клетках гладких мышц сосудов усугубляет активацию подмножества генов, связанных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, в моделях сосудистых заболеваний. [16] [34] [36]

Методы [ править ]

Модификации гистонов, включая H3K9me2, можно обнаружить с помощью различных методов:

  • Последовательность иммунопреципитации хроматина ( ChIP-секвенирование ) измеряет количество обогащенной ДНК, однажды связанной с целевым белком и подвергшейся иммунопреципитации. Это приводит к хорошей оптимизации и используется in vivo для выявления связывания ДНК с белком, происходящего в клетках. ChIP-Seq можно использовать для идентификации и количественного определения различных фрагментов ДНК для различных модификаций гистонов вдоль геномной области. [37]
  • CUT & RUN (расщепление под мишенями и высвобождение с помощью нуклеазы). В CUT & RUN целевые комплексы ДНК-белок выделяются непосредственно из ядра клетки, а не после стадии преципитации. Для выполнения CUT & RUN к проницаемым клеткам добавляют специфические антитела к интересующему ДНК-связывающему белку и ProtA-MNase. МНКаза привязана к интересующему белку посредством взаимодействия ProtA-антитело, и МНКаза расщепляет окружающую незащищенную ДНК, высвобождая комплексы белок-ДНК, которые затем можно выделить и секвенировать. [38] [39]Сообщается, что CUT & RUN дает гораздо более высокое отношение сигнал / шум по сравнению с традиционным чипом. Таким образом, CUT & RUN требует одной десятой глубины секвенирования ChIP и позволяет геномное картирование модификаций гистонов и факторов транскрипции с использованием чрезвычайно малого числа клеток. [40] [38] [39]
  • Зонды внутриклеточных антител, специфичные для модификации. Чувствительные флуоресцентные генетически кодируемые зонды внутриклеточных антител (мятных тел), специфичных для модификации гистонов, можно использовать для мониторинга изменений модификаций гистонов в живых клетках. [41]

См. Также [ править ]

  • Метилирование гистонов
  • Гистоновая метилтрансфераза
  • Метиллизин

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b "H3K9me2" . HIstome: информационная база гистонов . Проверено 8 июня 2018 .
  2. ^ Б с д е е Робисона AJ, Нестлер EJ (октябрь 2011 года). «Транскрипционные и эпигенетические механизмы зависимости» . Обзоры природы. Неврология . 12 (11): 623–37. DOI : 10.1038 / nrn3111 . PMC 3272277 . PMID 21989194 .  
    Рисунок 4: Эпигенетические основы лекарственной регуляции экспрессии генов
  3. ↑ a b Nestler EJ (август 2015 г.). «Роль схемы вознаграждения мозга в депрессии: механизмы транскрипции» . Международный обзор нейробиологии . 124 : 151–70. DOI : 10.1016 / bs.irn.2015.07.003 . PMC 4690450 . PMID 26472529 . Стресс хронического социального поражения снижает экспрессию G9a и GLP (G9a-подобный белок), двух гистон-метилтрансфераз, которые катализируют диметилирование Lys9 гистона H3 (H3K9me2) (Covington et al., 2011), метки, связанной с репрессией генов.  
  4. ^ Барский А, Cuddapah S, Цуй К, Рох TY, Schönes ДЕ, Ван Z, и др. (Май 2007 г.). «Профилирование с высоким разрешением метилирования гистонов в геноме человека». Cell . 129 (4): 823–37. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.05.009 . PMID 17512414 . 
  5. ^ Wang Z, Zang C, Rosenfeld JA, Schones DE, Barski A, Cuddapah S и др. (Июль 2008 г.). «Комбинаторные паттерны ацетилирования и метилирования гистонов в геноме человека» . Генетика природы . 40 (7): 897–903. DOI : 10.1038 / ng.154 . PMC 2769248 . PMID 18552846 .  
  6. ^ a b Синкай Y, Татибана М (апрель 2011 г.). «Метилтрансфераза H3K9 G9a и родственная молекула GLP» . Гены и развитие . 25 (8): 781–8. DOI : 10,1101 / gad.2027411 . PMC 3078703 . PMID 21498567 .  
  7. ^ Чжан Т, Termanis А, Б Озкан, Бао ХХ, Калли Дж, де Лима Алвес Ф, и др. (Апрель 2016 г.). «Комплекс G9a / GLP поддерживает метилирование импринтированной ДНК в эмбриональных стволовых клетках» . Отчеты по ячейкам . 15 (1): 77–85. DOI : 10.1016 / j.celrep.2016.03.007 . PMC 4826439 . PMID 27052169 .  
  8. ^ Филион GJ ван Steensel B (январь 2010). «Повторная оценка количества доменов хроматина H3K9me2 в эмбриональных стволовых клетках» . Генетика природы . 42 (1): 4, ответ автора 5–6. DOI : 10.1038 / ng0110-4 . PMID 20037608 . 
  9. ↑ McDonald OG, Wu H, Timp W, Doi A, Feinberg AP (июль 2011 г.). «Эпигенетическое репрограммирование на уровне генома во время перехода от эпителия к мезенхиме» . Структурная и молекулярная биология природы . 18 (8): 867–74. DOI : 10.1038 / nsmb.2084 . PMC 3150339 . PMID 21725293 .  
  10. ^ a b Вен Б., Ву Х, Синкай Ю., Иризарри Р. А., Файнберг А. П. (февраль 2009 г.). «Большие блоки диметилированного гистона H3 лизина 9 хроматина отличают дифференцированные от эмбриональных стволовых клеток» . Генетика природы . 41 (2): 246–50. DOI : 10.1038 / ng.297 . PMC 2632725 . PMID 19151716 .  
  11. ↑ Jørgensen HF, Fisher AG (март 2009 г.). «Блокировка сотового потенциала» . Стволовая клетка . 4 (3): 192–4. DOI : 10.1016 / j.stem.2009.02.007 . PMID 19265653 . 
  12. ^ "Гистон-лизин N-метилтрансфераза, H3 лизин-9 специфический 3" . HIstome: информационная база гистонов . Проверено 8 июня 2018 .
  13. ^ Cloos PA, Christensen J, K Аггер, Хэлинь K (май 2008). «Стирание метильной метки: гистоновые деметилазы в центре клеточной дифференциации и болезни» . Гены и развитие . 22 (9): 1115–40. DOI : 10,1101 / gad.1652908 . PMC 2732404 . PMID 18451103 .  
  14. ^ Chen X, Skutt-Kakaria K, Davison J, Ou YL, Choi E, Malik P, et al. (Ноябрь 2012 г.). «Формирование паттерна G9a / GLP-зависимого гистона H3K9me2 во время фиксации клонов человеческих гемопоэтических стволовых клеток» . Гены и развитие . 26 (22): 2499–511. DOI : 10,1101 / gad.200329.112 . PMC 3505820 . PMID 23105005 .  
  15. ^ Родригес-Мадос-младший, Сан-Хосе-Энериз E, Рабал O, Сапата-Линарес N, Миранда E, Родригес S и др. (2017). «Обратимый двойной ингибитор против G9a и DNMT1 улучшает образование ИПСК человека, увеличивая MET и облегчая взаимодействие факторов транскрипции с геномом» . PLOS One . 12 (12): e0190275. Bibcode : 2017PLoSO..1290275R . DOI : 10.1371 / journal.pone.0190275 . PMC 5744984 . PMID 29281720 .  
  16. ^ а б в г Харман Дж. Л., Добникар Л., Чаппелл Дж., Стокелл Б. Г., Далби А., Фут К. и др. (Ноябрь 2019 г.). «Эпигенетическая регуляция гладкомышечных клеток сосудов с помощью диметилирования гистона H3, лизина 9, ослабляет индукцию целевого гена с помощью воспалительных сигналов» . Артериосклероз, тромбоз и биология сосудов . 39 (11): 2289–2302. DOI : 10.1161 / ATVBAHA.119.312765 . PMC 6818986 . PMID 31434493 .  
  17. ^ Fang TC, Schaefer U, Mecklenbrauker I, Stienen A, Dewell S, Chen MS и др. (Апрель 2012 г.). «Диметилирование лизина 9 гистона H3 как эпигенетическая подпись интерферонового ответа» . Журнал экспериментальной медицины . 209 (4): 661–9. DOI : 10,1084 / jem.20112343 . PMC 3328357 . PMID 22412156 .  
  18. ^ a b c d Nestler EJ (январь 2014 г.). «Эпигенетические механизмы наркомании» . Нейрофармакология . 76 Pt B: 259–68. DOI : 10.1016 / j.neuropharm.2013.04.004 . PMC 3766384 . PMID 23643695 .  
  19. ^ a b c d Biliński P, Wojtyła A, Kapka-Skrzypczak L, Chwedorowicz R, Cyranka M, Studziński T (2012). «Эпигенетическая регуляция при наркозависимости» . Летопись сельскохозяйственной и экологической медицины . 19 (3): 491–6. PMID 23020045 . 
  20. ^ а б Кеннеди П.Дж., Фенг Дж., Робисон А.Дж., Лабиринт I, Бадимон А., Музон Э и др. (Апрель 2013). «Ингибирование HDAC класса I блокирует индуцированную кокаином пластичность за счет целенаправленных изменений метилирования гистонов» . Природа Неврологии . 16 (4): 434–40. DOI : 10.1038 / nn.3354 . PMC 3609040 . PMID 23475113 .  
  21. ^ Хуанг, Суминг; Литт, Майкл Д .; Энн Блейки, К. (2015). Экспрессия и регуляция эпигенетических генов . С. 21–38. ISBN 9780127999586.
  22. ^ Ruthenburg AJ, Ли H, Patel DJ, Allis CD (декабрь 2007). «Многовалентное взаимодействие модификаций хроматина за счет связанных связывающих модулей» . Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 8 (12): 983–94. DOI : 10.1038 / nrm2298 . PMC 4690530 . PMID 18037899 .  
  23. ^ Kouzarides T (февраль 2007). «Модификации хроматина и их функции». Cell . 128 (4): 693–705. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.02.005 . PMID 17320507 . 
  24. ^ Jenuwein T, Allis CD (август 2001). «Перевод гистонового кода». Наука . 293 (5532): 1074–80. DOI : 10.1126 / science.1063127 . PMID 11498575 . 
  25. ^ Birney Е , Stamatoyannopoulos JA , Датта , Гиго R, Gingeras TR, Маргулис ЕН, 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. Bibcode : 2007Natur.447..799B . DOI : 10,1038 / природа05874 . PMC 2212820 . PMID 17571346 .  
  26. ^ Филион ГДж, ван Bemmel Ю.Г., Брауншвейг U, Talhout Вт, Тип J, Уорд Л. Д., и др. (Октябрь 2010 г.). «Систематическое картирование расположения белков выявляет пять основных типов хроматина в клетках дрозофилы» . Cell . 143 (2): 212–24. DOI : 10.1016 / j.cell.2010.09.009 . PMC 3119929 . PMID 20888037 .  
  27. ^ Рой С., Эрнст Дж, Харченко П.В., Херадпур П., Негре Н., Итон М.Л. и др. (Консорциум modENCODE) (декабрь 2010 г.). «Определение функциональных элементов и регуляторных контуров на Drosophila modENCODE» . Наука . 330 (6012): 1787–97. Bibcode : 2010Sci ... 330.1787R . DOI : 10.1126 / science.1198374 . PMC 3192495 . PMID 21177974 .  
  28. ^ Харченко П.В., Алексеенко А.А., Шварц Ю.Б., Минода А., Риддл NC, Эрнст Дж и др. (Март 2011 г.). «Комплексный анализ ландшафта хроматина у Drosophila melanogaster» . Природа . 471 (7339): 480–5. Bibcode : 2011Natur.471..480K . DOI : 10,1038 / природа09725 . PMC 3109908 . PMID 21179089 .  
  29. ^ Kundaje А, Meuleman Вт, Эрнст Дж, Биленького М, йены А, Херави-Мусави А, и др. (Консорциум Roadmap Epigenomics) (февраль 2015 г.). «Интегративный анализ 111 эталонных эпигеномов человека» . Природа . 518 (7539): 317–30. Bibcode : 2015Natur.518..317. . DOI : 10,1038 / природа14248 . PMC 4530010 . PMID 25693563 .  
  30. ^ Уолли K (декабрь 2014). «Психиатрические расстройства: подвиг эпигенетической инженерии». Обзоры природы. Неврология . 15 (12): 768–9. DOI : 10.1038 / nrn3869 . PMID 25409693 . 
  31. ^ Сборки JK (ноябрь 2014). «Молекулярная нейробиология зависимости: о чем вообще (Δ) FosB?». Американский журнал злоупотребления наркотиками и алкоголем . 40 (6): 428–37. DOI : 10.3109 / 00952990.2014.933840 . PMID 25083822 . 
  32. ^ Ричард П., Мэнли JL (октябрь 2017 г.). «Петли R и связи с болезнями человека» . Журнал молекулярной биологии . 429 (21): 3168–3180. DOI : 10.1016 / j.jmb.2016.08.031 . PMC 5478472 . PMID 27600412 .  
  33. ^ Greißel A, Culmes M, Napieralski R, Wagner E, Gebhard H, Schmitt M и др. (Август 2015 г.). «Чередование метилирования гистонов и ДНК в атеросклеротических каротидных бляшках человека». Тромбоз и гемостаз . 114 (2): 390–402. DOI : 10.1160 / TH14-10-0852 . PMID 25993995 . 
  34. ^ а б Чен Дж, Чжан Дж, Ян Дж, Сюй Л., Ху Q, Сюй С и др. (Февраль 2017 г.). «Гистоновая деметилаза KDM3a, новый регулятор гладкомышечных клеток сосудов, контролирует сосудистую неоинтимальную гиперплазию у крыс с диабетом». Атеросклероз . 257 : 152–163. DOI : 10.1016 / j.atherosclerosis.2016.12.007 . PMID 28135625 . 
  35. Перейти ↑ Villeneuve LM, Reddy MA, Natarajan R (июль 2011 г.). «Эпигенетика: ее роль в развитии диабета и его хронических осложнений» . Клиническая и экспериментальная фармакология и физиология . 38 (7): 451–9. DOI : 10.1111 / j.1440-1681.2011.05497.x . PMC 3123432 . PMID 21309809 .  
  36. ↑ Harman JL, Jørgensen HF (октябрь 2019 г.). «Роль гладкомышечных клеток в стабильности бляшек: терапевтический потенциал воздействия» . Британский журнал фармакологии . 176 (19): 3741–3753. DOI : 10.1111 / bph.14779 . PMC 6780045 . PMID 31254285 .  
  37. ^ «Целочисленное IP-секвенирование хроматина (ChIP-Seq)» (PDF) . Иллюмина . Проверено 23 октября 2019 года .
  38. ↑ a b Skene PJ, Henikoff S (январь 2017 г.). «Эффективная направленная нуклеазная стратегия для картирования сайтов связывания ДНК с высоким разрешением» . eLife . 6 : e21856. DOI : 10.7554 / eLife.21856 . PMC 5310842 . PMID 28079019 .  
  39. ^ a b Meers MP, Bryson T, Henikoff S (16 мая 2019 г.). «Улучшенные инструменты анализа и профилирования хроматина CUT & RUN» . bioRxiv : 569129. дои : 10,1101 / 569129 .
  40. ^ Хайнер SJ, Fazzio TG (апрель 2019). «Профилирование хроматина высокого разрешения с помощью CUT & RUN» . Текущие протоколы в молекулярной биологии . 126 (1): e85. DOI : 10.1002 / cpmb.85 . PMC 6422702 . PMID 30688406 .  
  41. ^ Sato Y, Mukai M, Ueda J, Muraki M, Stasevich TJ, Horikoshi N и др. (14 августа 2013 г.). «Генетически закодированная система для отслеживания модификации гистонов in vivo» . Научные отчеты . 3 (1): 2436. Bibcode : 2013NatSR ... 3E2436S . DOI : 10.1038 / srep02436 . PMC 3743053 . PMID 23942372 .