H3K9ac
H3K9ac to epigenetyczna modyfikacja białka pakującego DNA, Histon H3 . Jest to znak wskazujący na acetylację na 9. reszcie lizyny białka histonu H3.
Histon H3K9 ma dwa zadania. Geny włączają się, jeśli ten znak jest acetylowany i wyciszają je, jeśli są metylowane. H3K9ac jest ważną acetylacją związaną z aktywnymi promotorami. H3K9ac i H3K14ac są częścią aktywnego stanu promotora. Są one również obecne na biwalentnych promotorach i aktywnych wzmacniaczach.
Jest to również oznaka raka wątroby poprzez defekt przejścia H3K9ac/ H3K9me3 .
Acetylacja i deacetylacja lizyny
Białka są zazwyczaj acetylowane na resztach lizyny , a ta reakcja opiera się na acetylo-koenzymie A jako donorze grupy acetylowej. Podczas acetylacji i deacetylacji histonów białka histonowe są acetylowane i deacetylowane na resztach lizyny w N-końcowym ogonie w ramach regulacji genów . Zazwyczaj reakcje te są katalizowane przez enzymy o aktywności acetylotransferazy histonowej (HAT) lub deacetylazy histonowej (HDAC), chociaż HAT i HDAC mogą również modyfikować stan acetylacji białek niehistonowych.
Regulacja czynników transkrypcyjnych, białek efektorowych, molekularnych białek opiekuńczych i białek cytoszkieletu poprzez acetylację i deacetylację jest znaczącym posttranslacyjnym mechanizmem regulacyjnym. Te mechanizmy regulacyjne są analogiczne do fosforylacji i defosforylacji przez działanie kinaz i fosfataz . Nie tylko stan acetylacji białka może modyfikować jego aktywność, ale ostatnio pojawiła się sugestia, że ta modyfikacja potranslacyjna może również przenikać się z fosforylacją , metylacją , ubikwitynacja , sumoilacja i inne do dynamicznej kontroli sygnalizacji komórkowej.
W dziedzinie epigenetyki wykazano , że acetylacja (i deacetylacja ) histonów są ważnymi mechanizmami w regulacji transkrypcji genów. Histony nie są jednak jedynymi białkami regulowanymi przez acetylację potranslacyjną .
Nomenklatura
H3K9ac wskazuje na acetylację lizyny 9 na podjednostce białka histonu H3:
| Skr. | Oznaczający |
| H3 | Rodzina histonów H3 |
| k | standardowy skrót lizyny |
| 9 | pozycja reszty aminokwasowej (licząc od N-końca) |
| ak | grupa acetylowa |
Modyfikacje histonów
Genomowy DNA komórek eukariotycznych jest owinięty wokół specjalnych cząsteczek białka zwanych histonami . Kompleksy utworzone przez zapętlenie DNA są znane jako chromatyna . Podstawową jednostką strukturalną chromatyny jest nukleosom : składa się z oktameru rdzeniowego histonów (H2A, H2B, H3 i H4), jak również 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. Naładowane ogony aminowe (N) są miejscem modyfikacji potranslacyjnych, takich jak ta widoczna w 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 w oparciu o modyfikacje histonów.
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.
H3K9ac
Wykazano, że H3K9ac i H3K14ac są częścią aktywnego stanu promotora. Są one również obecne na biwalentnych promotorach i aktywnych wzmacniaczach.
Histon H3K9 ma dwa zadania. Geny włączają się, jeśli ten znak jest acetylowany i wyciszają je, jeśli są metylowane. H3K9ac jest ważną acetylacją związaną z aktywnymi promotorami.
Jest to również oznaka raka wątroby poprzez defekt przejścia H3K9ac/H3K9me3. Również niższa acetylacja na tym znaku wskazuje na złe rokowanie w raku jamy ustnej.
Metody
Acetylację znaku histonowego 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.