Histonový kód - Histone code
Histon kód je hypotéza , že transkripce genetické informace kódované v DNA je částečně upraveno chemických modifikací histonových proteinů, zejména na svých koncích nestrukturovaná. Spolu s podobnými modifikacemi, jako je methylace DNA , je součástí epigenetického kódu . Histony se spojují s DNA a vytvářejí nukleozomy , které se samy svazují a vytvářejí chromatinová vlákna, která zase tvoří známější chromozom . Histony jsou globulární proteiny s flexibilním N-koncem (považovaným za ocas), které vyčnívají z nukleozomu. Mnoho modifikací histonového ocasu velmi dobře koreluje se strukturou chromatinu a stav modifikace histonu i struktura chromatinu dobře korelují s úrovněmi genové exprese. Kritickým konceptem hypotézy histonového kódu je, že histonové modifikace slouží k náboru dalších proteinů specifickým rozpoznáváním modifikovaného histonu prostřednictvím proteinových domén specializovaných pro tyto účely, spíše než prostou stabilizací nebo destabilizací interakce mezi histonem a podkladovou DNA. Tyto rekrutované proteiny pak působí tak, že aktivně mění strukturu chromatinu nebo podporují transkripci. Podrobnosti o regulaci genové exprese modifikacemi histonu viz tabulka níže .
Hypotéza
Hypotéza je, že interakce chromatinu a DNA jsou vedeny kombinacemi histonových modifikací. I když se uznává, že modifikace (jako je methylace , acetylace , ADP -ribosylace , ubikvitinace , citrullinace , SUMO -ylace a fosforylace ) histonových ocasů mění strukturu chromatinu, úplné pochopení přesných mechanismů, kterými tyto změny histonových ocasů ovlivňují DNA -histonové interakce zůstávají nepolapitelné. Některé konkrétní příklady však byly podrobně zpracovány. Například fosforylace serinových zbytků 10 a 28 na histonu H3 je markerem chromozomální kondenzace. Podobně kombinace fosforylace serinového zbytku 10 a acetylace lysinového zbytku 14 na histonu H3 je známkou aktivní transkripce .
Modifikace
Mezi dobře charakterizované modifikace histonů patří:
- Methylace : Je známo, že lysinové i argininové zbytky jsou methylované. Metylované lysiny jsou nejlépe srozumitelnými značkami histonového kódu, protože specifický methylovaný lysin dobře odpovídá stavům genové exprese. Methylace lysinů H3K4 a H3K36 je v korelaci s transkripční aktivací, zatímco demetylace H3K4 je v korelaci s umlčením genomové oblasti. Metylace lysinů H3K9 a H3K27 koreluje s transkripční represí. Zejména H3K9me3 vysoce koreluje s konstitutivním heterochromatinem. Metylace histonového lysinu má také roli při opravě DNA . Například H3K36me3 je vyžadován pro homologní rekombinační opravu dvouvláknových zlomů DNA a H4K20me2 usnadňuje opravu takových zlomů nehomologním spojením konce .
- Acetylace — pomocí HAT (histon acetyltransferáza); deacetylace - pomocí HDAC (histon deacetyláza): Acetylace má tendenci definovat „otevřenost“ chromatinu, protože acetylované histony se nemohou sbalit tak dobře jako deacetylované histony.
- Fosforylace
- Ubikvitinace
- SUMOylace
Existuje však mnohem více modifikací histonu a přístupy citlivé hmotnostní spektrometrie v poslední době katalog značně rozšířily.
Velmi základní souhrn histonového kódu pro stav genové exprese je uveden níže ( zde je popsána nomenklatura histonů ):
| Typ úpravy |
Histon | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H3K4 | H3K9 | H3K14 | H3K27 | H3K79 | H3K122 | H4K20 | H2BK5 | |
| mono- methylace | aktivace | aktivace | aktivace | aktivace | aktivace | aktivace | ||
| di-methylace | represe | represe | represe | aktivace | ||||
| tri-methylace | aktivace | represe | represe | aktivace, represe |
represe | |||
| acetylace | aktivace | aktivace | aktivace | aktivace | ||||
Histon H2B
Histon H3
- H3K4me1 - zesilovače se základním nátěrem
- H3K4me3 je obohacen o transkripčně aktivní promotory.
- Represe H3K9me2
- H3K9me3 se nachází v konstitutivně potlačených genech.
- H3K27me3 se nachází ve fakultativně potlačených genech.
- H3K36me
- H3K36me2
- H3K36me3 se nachází v aktivně přepisovaných genových tělech.
- H3K79me2
- H3K9ac se nachází v aktivně transkribovaných promotorech.
- H3K14ac se nachází v aktivně transkribovaných promotorech.
- H3K23ac
- H3K27ac odlišuje aktivní zesilovače od připravených zesilovačů.
- H3K36ac
- H3K56ac je proxy pro sestavení histonu de novo.
- H3K122ac je obohacen o připravené promotory a také se nachází v jiném typu předpokládaného zesilovače, který postrádá H3K27ac.
Histon H4
Složitost
Na rozdíl od tohoto zjednodušeného modelu má každý skutečný histonový kód potenciál být značně složitý; každý ze čtyř standardních histonů může být současně modifikován na více různých místech s několika různými modifikacemi. Pro představu o této složitosti obsahuje histon H3 devatenáct lysinů, o nichž je známo, že jsou methylované-každý může být ne-, mono-, di- nebo tri-methylovaný. Pokud jsou modifikace nezávislé, umožňuje to potenciálně 4 19 nebo 280 miliard různých vzorců methylace lysinu, mnohem více, než je maximální počet histonů v lidském genomu (6,4 Gb / ~ 150 bp = ~ 44 milionů histonů, pokud jsou velmi těsně zabaleny) . A to nezahrnuje lysinovou acetylaci (známou pro H3 na devíti zbytcích), metylaci argininu (známá jako H3 na třech zbytcích) nebo fosforylaci threonin/serin/tyrosin (známá pro H3 na osmi zbytcích), nemluvě o modifikacích jiných histonů.
Každý nukleozom v buňce proto může mít jiný soubor modifikací, což vyvolává otázku, zda existují společné vzorce histonových modifikací. Studie asi 40 modifikací histonu napříč promotory lidského genu zjistila více než 4000 různých použitých kombinací, přičemž více než 3000 se vyskytovalo pouze na jednom promotoru. Byly však objeveny vzory zahrnující soubor 17 modifikací histonu, které jsou přítomny společně ve více než 3000 genech. Vzory histonových modifikací se tedy vyskytují, ale jsou velmi složité a v současné době máme podrobné biochemické pochopení důležitosti relativně malého počtu modifikací.
Strukturální determinanty rozpoznávání histonu čtenáři, zapisovateli a vymazávači histonového kódu odhaluje rostoucí množství experimentálních dat.