Wikipedia

Histonski kod

Histonski kod je hipoteza da je transkripcija genetičkih informacija kodiranih u DNK djelimično regulirana hemijskim modifikacijama (poznatim kao histonski tragovi) u histonskim proteinimaa, prvenstveno na njihovim nestrukturiranim krajevima. Zajedno sa sličnim modifikacijama kao što je metilacija DNK dio je epigenetičkog koda.[1] Histoni se povezuju sa DNK kako bi formirali nukleosome, koji se sami spajaju kako bi formirali hromatinska vlakna, koja zauzvrat čine poznatiji hromosom. Histoni su globularni proteini sa fleksibilnim N-terminalom (koji se smatra repom) koji strši iz nukleozoma. Mnoge modifikacije repa histona vrlo dobro koreliraju sa strukturom hromatina, a stanje modifikacije histona i struktura hromatina dobro koreliraju sa nivoima ekspresije gena. Kritički koncept histonske hipoteze je da histonske modifikacije služe za regrutovanje drugih proteina specifičnim prepoznavanjem modificiranog histona preko proteinskih domena specijaliziranih za takve svrhe, umjesto jednostavnom stabilizacijom ili destabilizirajući interakciju između histona i osnovne DNK. Ovi regrutirani proteini tada djeluju tako da aktivno mijenjaju strukturu hromatina ili da promoviraju transkripciju. Za detalje o regulaciji ekspresija gena modifikacijama histona pogledajte tabelu ispod.

Nukleosom sa obojenim strukturama

Hipoteza

uredi

Hipoteza je da su interakcije hromatin-DNK vođene kombinacijama histonskih modifikacija. Iako je prihvaćeno da modifikacije (kao što su metilacija, acetilacija, ADP-ribozilacija, ubikvitinacija, citrulinacija, SUMOilacija[2] i fosforilacija) u histonskim repovima mijenjaju strukturu hromatina, potpuno razumijevanje preciznih mehanizama pomoću kojih ove promjene histonskih repova utiču na interakcije DNK-histon ostaje nedostižno. Međutim, neki konkretni primjeri su detaljno razrađeni. Naprimjer, fosforilacija serinskih ostataka 10 i 28 na Histonu H3 je marker za hromosomsku kondenzaciju. Slično tome, kombinacija fosforilacije serinskih ostatka 10 i acetilacije lizinskog ostatka 14 na histonu H3 je znak aktivne transkripcije.

 
Shematski prikaz histonskih modifikacija. Zasnovano na Rodriguez-Paredes i Esteller, Nature, 2011

Modifikacije

uredi

Dobro okarakterisane modifikacije histona uključuju:[3]

Međutim, postoji mnogo više histonskih modifikacija, a osjetljivi pristupi masenoj spektrometriji nedavno su uveliko proširili katalog.[7]

Sasvim osnovni sažetak histonskog koda za status ekspresija gena dat je u nastavku (nomenklatura histona je opisana ovdje):

Tip
modifikacije 		Histon
H3K4 H3K9 H3K14 H3K27 H3K79 H3K122 H4K20 H2BK5
Monometilacija Aktivacija[8] Aktivacija[9] Aktivacija [9] Aktivacija [9][10] Aktivacija [9] Aktivacija [9]
Dimetilacija Represija[4] Represija [4] Aktivacija[10]
Trimetilacija Aktivacija [11] Represija[9] Represija [9] Aktivacija[10]
Represija[9] 		Represija[4]
Acetilacija Aktivacija[11] Aktivacija[11] Aktivacija[12] Aktivacija[13]

Histon H2B

uredi

Histon H3

uredi
  • H3K4me1 - pripremljeni pojačivači
  • H3K4me3 je obogaćen transkripcijski aktivnim promotorima.[14]
  • H3K9me2-represija
  • H3K9me3 nalazi se u konstitutivno potisnutim genima.
  • H3K27me3 nalazi se u fakultativno potisnutim genima.[9]
  • H3K36me
  • H3K36me2
  • H3K36me3 nalazi se u aktivno transkribovanim genskim tijelima.
  • H3K79me2
  • H3K9ac u aktivno transkribovanim promotorima.
  • H3K14ac u aktivno transkribovanim promotorima.
  • H3K23ac
  • H3K27ac razlikuje aktivne pojačivače od stabilnih pojačivača.
  • H3K36ac
  • H3K56ac je proksi za de novo sastavljanje histona.[15]
  • H3K122ac obogaćen je stabiliziranim promotorima i također se nalazi u drugom tipu navodnog pojačivača kojem nedostaje H3K27ac.

Histon H4

uredi

Složenost

uredi

Za razliku od ovog pojednostavljenog modela, svaki pravi histonski kod ima potencijal da bude masivno složen; svaki od četiri standardna histona može se istovremeno modificirati na više različitih mjesta sa više različitih modifikacija. Da bi se dala predstava o ovoj složenosti, histon H3 sadrži 19 lizina za koje se zna da su metilirani - svaki može biti ne-, mono-, di- ili tri-metiliran. Ako su modifikacije nezavisne, to omogućava potencijalnih 419 ili 280 milijardi različitih obrazaca metilacije lizina, daleko više od maksimalnog broja histona u ljudskom genomu (6,4 Gb / ~150 bp = ~ 44 miliona histona ako su jako zbijeni). I to ne uključuje acetilaciju lizina (poznato po H3 na devet ostataka), metilaciju arginina (poznato po H3 na tri ostatka) ili fosforilaciju treonin/serin/tirozin (poznato po H3 na osam ostataka), da ne spominjemo modifikacije drugih histona.

Svaki nukleosom u ćeliji stoga može imati drugačiji skup modifikacija, što postavlja pitanje da li postoje uobičajeni obrasci histonskih modifikacija. Studija od oko 40 modifikacija histona na promotorima ljudskih gena otkrila je preko 4.000 različitih korištenih kombinacija, od kojih se preko 3.000 pojavljuje samo na jednom promotoru. Međutim, otkriveni su obrasci uključujući skup od 17 histonskih modifikacija koje su prisutne zajedno na preko 3.000 gena.[16] Stoga se javljaju obrasci histonskih modifikacija, ali su vrlo zamršeni, i za sada postoji detaljno biohemijsko razumijevanje važnosti relativno malog broja modifikacija.

Strukturne determinante prepoznavanja histona od strane čitatelja, pisaca i gumica histonskog koda otkrivaju se sve većim brojem eksperimentalnih podataka.[17]

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ Jenuwein T, Allis C (2001). "Translating the histone code". Science. 293 (5532): 1074–80. CiteSeerX 10.1.1.453.900. doi:10.1126/science.1063127. PMID 11498575. S2CID 1883924.
  2. ^ a b Shiio, Yuzuru; Eisenman, Robert N. (11. 11. 2003). "Histone sumoylation is associated with transcriptional repression". Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (23): 13225–13230. doi:10.1073/pnas.1735528100. PMC 263760. PMID 14578449.
  3. ^ Strahl B, Allis C (2000). "The language of covalent histone modifications". Nature. 403 (6765): 41–5. Bibcode:2000Natur.403...41S. doi:10.1038/47412. PMID 10638745. S2CID 4418993.
  4. ^ a b c d Rosenfeld, Jeffrey A; Wang, Zhibin; Schones, Dustin; Zhao, Keji; DeSalle, Rob; Zhang, Michael Q (31. 3. 2009). "Determination of enriched histone modifications in non-genic portions of the human genome". BMC Genomics. 10: 143. doi:10.1186/1471-2164-10-143. PMC 2667539. PMID 19335899.
  5. ^ Hublitz, Philip; Albert, Mareike; Peters, Antoine (28. 4. 2009). "Mechanisms of Transcriptional Repression by Histone Lysine Methylation". The International Journal of Developmental Biology. Basel. 10 (1387): 335–354. doi:10.1387/ijdb.082717ph. ISSN 1696-3547. PMID 19412890.
  6. ^ a b Wei S, Li C, Yin Z, Wen J, Meng H, Xue L, Wang J (2018). "Histone methylation in DNA repair and clinical practice: new findings during the past 5-years". J Cancer. 9 (12): 2072–2081. doi:10.7150/jca.23427. PMC 6010677. PMID 29937925.
  7. ^ Tan M, Luo H, Lee S, Jin F, Yang JS, Montellier E, et al. (2011). "Identification of 67 histone marks and histone lysine crotonylation as a new type of histone modification". Cell. 146 (6): 1016–28. doi:10.1016/j.cell.2011.08.008. PMC 3176443. PMID 21925322.
  8. ^ Benevolenskaya EV (august 2007). "Histone H3K4 demethylases are essential in development and differentiation". Biochem. Cell Biol. 85 (4): 435–43. doi:10.1139/o07-057. PMID 17713579.
  9. ^ a b c d e f g h i Barski A, Cuddapah S, Cui K, Roh TY, Schones DE, Wang Z, Wei G, Chepelev I, Zhao K (maj 2007). "High-resolution profiling of histone methylations in the human genome". Cell. 129 (4): 823–37. doi:10.1016/j.cell.2007.05.009. PMID 17512414.
  10. ^ a b c Steger DJ, Lefterova MI, Ying L, Stonestrom AJ, Schupp M, Zhuo D, Vakoc AL, Kim JE, Chen J, Lazar MA, Blobel GA, Vakoc CR (april 2008). "DOT1L/KMT4 recruitment and H3K79 methylation are ubiquitously coupled with gene transcription in mammalian cells". Mol. Cell. Biol. 28 (8): 2825–39. doi:10.1128/MCB.02076-07. PMC 2293113. PMID 18285465.
  11. ^ a b c Koch CM, Andrews RM, Flicek P, Dillon SC, Karaöz U, Clelland GK, Wilcox S, Beare DM, Fowler JC, Couttet P, James KD, Lefebvre GC, Bruce AW, Dovey OM, Ellis PD, Dhami P, Langford CF, Weng Z, Birney E, Carter NP, Vetrie D, Dunham I (juni 2007). "The landscape of histone modifications across 1% of the human genome in five human cell lines". Genome Res. 17 (6): 691–707. doi:10.1101/gr.5704207. PMC 1891331. PMID 17567990.
  12. ^ Creyghton, MP (Dec 2010). "Histone H3K27ac separates active from poised enhancers and predicts developmental state". Proc Natl Acad Sci USA. 107 (50): 21931–6. doi:10.1073/pnas.1016071107. PMC 3003124. PMID 21106759.
  13. ^ Pradeepa, Madapura M.; Grimes, Graeme R.; Kumar, Yatendra; Olley, Gabrielle; Taylor, Gillian C. A.; Schneider, Robert; Bickmore, Wendy A. (18. 4. 2016). "Histone H3 globular domain acetylation identifies a new class of enhancers". Nature Genetics (jezik: engleski). 48 (6): 681–686. doi:10.1038/ng.3550. ISSN 1546-1718. PMC 4886833. PMID 27089178.
  14. ^ Liang, G (2004). "Distinct localization of histone H3 acetylation and H3-K4 methylation to the transcription start sites in the human genome". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (19): 7357–7362. Bibcode:2004PNAS..101.7357L. doi:10.1073/pnas.0401866101. PMC 409923. PMID 15123803.
  15. ^ Jeronimo, Célia; Poitras, Christian; Robert, François (30. 7. 2019). "Histone Recycling by FACT and Spt6 during Transcription Prevents the Scrambling of Histone Modifications". Cell Reports. 28 (5): 1206–1218.e8. doi:10.1016/j.celrep.2019.06.097. PMID 31365865.
  16. ^ Wang Z, Zang C, Rosenfeld JA, Schones DE, Barski A, Cuddapah S, et al. (2008). "Combinatorial patterns of histone acetylations and methylations in the human genome". Nat Genet. 40 (7): 897–903. doi:10.1038/ng.154. PMC 2769248. PMID 18552846.
  17. ^ Wang M, Mok MW, Harper H, Lee WH, Min J, Knapp S, Oppermann U, Marsden B, Schapira M (24 Aug 2010). "Structural Genomics of Histone Tail Recognition". Bioinformatics. 26 (20): 2629–2630. doi:10.1093/bioinformatics/btq491. PMC 2951094. PMID 20739309.

Vanjski linkovi

uredi
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Histonski_kod&oldid=3535550"