H3K36me3
H3K36me3 to epigenetyczna modyfikacja białka pakującego DNA, Histon H3 . Jest to znak wskazujący na trimetylację 36. reszty lizyny białka histonu H3 i często związany z ciałami genów .
Istnieją różne modyfikacje w H3K36 i mają wiele ważnych procesów biologicznych. H3K36 ma różne stany acetylacji i metylacji bez podobieństwa do siebie.
Nomenklatura
H3K36me3 wskazuje trimetylację lizyny 36 na podjednostce białka histonu H3:
| Skr. | Oznaczający |
| H3 | Rodzina histonów H3 |
| k | standardowy skrót lizyny |
| 36 | pozycja reszty aminokwasowej (licząc od N-końca) |
| Ja | grupa metylowa |
| 3 | liczba dodanych grup metylowych |
Metylacja lizyny
Ten diagram przedstawia postępującą metylację reszty lizyny. Tri-metylacja oznacza metylację obecną w H3K36me3.
Zrozumienie modyfikacji histonów
Genomowy DNA komórek eukariotycznych jest owinięty wokół specjalnych cząsteczek białka znanych jako histony . Kompleksy utworzone przez zapętlenie DNA są znane jako chromatyna . Podstawową jednostką strukturalną chromatyny jest nukleosom : składa się on z oktameru rdzeniowego histonów (H2A, H2B, H3 i H4) oraz histonu łącznikowego i około 180 par zasad DNA. Te rdzeniowe histony są bogate w reszty lizyny i argininy. Karboksylowy (C) końcowy koniec tych histonów przyczynia się do interakcji histon-histon, jak również interakcji histon-DNA. Końcówka aminowa (N). naładowane ogony są miejscem modyfikacji potranslacyjnych, takich jak ten widziany w H3K36me3.
Mechanizm i funkcja modyfikacji
Białka wiążące
H3K36me3 może wiązać białka chromodomen , takie jak MSL3 hMRG15 i scEaf3. Może wiązać białka PWWP, takie jak BRPF1 DNMT3A , HDGF2 i domeny Tudor, takie jak PHF19 i PHF1.
naprawa DNA
H3K36me3 jest wymagany do homologicznej rekombinacyjnej naprawy uszkodzeń DNA, takich jak pęknięcia dwuniciowe. Trimetylacja jest katalizowana przez metylotransferazę SETD2 .
Inne role
H3K36me3 działa jako znak dla HDAC do wiązania i deacetylacji histonu, co zapobiegałoby uciekającej transkrypcji. Jest związany zarówno z fakultatywną, jak i konstytutywną heterochromatyną .
Związek z innymi modyfikacjami
H3K36me3 może definiować eksony . Nukleosomy w eksonach mają więcej modyfikacji histonów, takich jak H3K79, H4K20, a zwłaszcza H3K36me3.
Implikacje epigenetyczne
Potranslacyjne modyfikacje ogonów histonów przez kompleksy modyfikujące histony lub kompleksy przebudowy chromatyny są interpretowane przez komórkę i prowadzą do złożonych, kombinatorycznych wyników transkrypcji. Uważa się, że kod histonowy dyktuje ekspresję genów poprzez złożoną interakcję między histonami w określonym regionie. Obecne rozumienie i interpretacja histonów pochodzi z dwóch dużych projektów: ENCODE oraz Epigenomiczny plan działania. Celem badania epigenomicznego było zbadanie zmian epigenetycznych w całym genomie. Doprowadziło to do powstania stanów chromatyny, które definiują regiony genomowe poprzez grupowanie interakcji różnych białek i/lub modyfikacji histonów. Stany chromatyny badano w komórkach Drosophila, przyglądając się miejscu wiązania białek w genomie. Zastosowanie sekwencjonowania ChIP ujawniły regiony w genomie charakteryzujące się różnymi prążkami. Sprofilowano również różne stadia rozwojowe Drosophila, kładąc nacisk na znaczenie modyfikacji histonów. Analiza uzyskanych danych doprowadziła do zdefiniowania stanów chromatyny na podstawie modyfikacji histonów. Zmapowano pewne modyfikacje i zaobserwowano, że wzbogacenie lokalizuje się w określonych regionach genomu. Odkryto pięć modyfikacji histonów rdzenia, z których każda jest powiązana z różnymi funkcjami komórki.
- H3K4me3 -promotorzy
- H3K4me1 - zagruntowane wzmacniacze
- Ciała genu H3K36me3
- H3K27me3 – represja polikombowa
- H3K9me3 -heterochromatyna
Ludzki genom został opatrzony adnotacjami o stanach chromatyny. Te stany z adnotacjami można wykorzystać jako nowe sposoby opisywania genomu niezależnie od leżącej u jego podstaw sekwencji genomu. Ta niezależność od sekwencji DNA wymusza epigenetyczny charakter modyfikacji histonów. Stany chromatyny są również przydatne do identyfikacji elementów regulatorowych, które nie mają określonej sekwencji, takich jak wzmacniacze. Ten dodatkowy poziom adnotacji pozwala na głębsze zrozumienie regulacji genów specyficznych dla komórki.
Znaczenie kliniczne
Ta metylacja histonów jest odpowiedzialna za utrzymanie stabilności ekspresji genów. Jest ważny przez cały okres starzenia i ma wpływ na długowieczność. Geny, które zmieniają swoją ekspresję podczas starzenia, mają znacznie niższy poziom H3K36me3 w swoich genach.
Występują obniżone poziomy H3K36me3 i H3K79me2 w górnym regionie GAA FXN , co wskazuje na defekt wydłużenia transkrypcji w ataksji Friedreicha .
Metody
Znak histonowy H3K36me3 można wykryć na różne sposoby:
1. Immunoprecypitacyjne sekwencjonowanie chromatyny ( sekwencjonowanie ChIP ) mierzy ilość wzbogacenia DNA po związaniu z docelowym białkiem i immunoprecypitacji. Daje to dobrą optymalizację i jest wykorzystywane in vivo do ujawnienia zachodzącego w komórkach wiązania DNA-białko. ChIP-Seq można wykorzystać do identyfikacji i ilościowego określenia różnych fragmentów DNA dla różnych modyfikacji histonów wzdłuż regionu genomowego.
2. Sekwencjonowanie nukleaz mikrokokowych (MNase-seq) stosuje się do badania regionów, które są związane przez dobrze umiejscowione nukleosomy. Zastosowanie enzymu nukleazy mikrokokowej jest wykorzystywane do identyfikacji pozycjonowania nukleosomów. Widzi się, że dobrze ustawione nukleosomy mają wzbogacone sekwencje.
3. Test sekwencjonowania chromatyny dostępnej dla transpozazy (ATAC-seq) stosuje się do poszukiwania regionów wolnych od nukleosomów (otwarta chromatyna). Wykorzystuje hiperaktywny transpozon Tn5 do podkreślenia lokalizacji nukleosomu.