Войти
гистоновый код - это гипотеза о том, что транскрипция генетической информации, закодированной в ДНК частично регулируется химическими модификациями белков гистонов, прежде всего на их неструктурированных концах. Вместе с аналогичными модификациями, такими как метилирование ДНК, он является частью эпигенетического кода. Гистоны связываются с ДНК с образованием нуклеосом, которые сами связываются с образованием волокон хроматина, которые, в свою очередь, составляют более знакомую хромосому. Гистоны представляют собой глобулярные белки с гибким N-концом (принимаемым за хвост), который выступает из нуклеосомы. Многие модификации гистонового хвоста очень хорошо коррелируют со структурой хроматина, и как состояние модификации гистонов, так и структура хроматина хорошо коррелируют с уровнями экспрессии генов. Критическая концепция гипотезы гистонового кода заключается в том, что модификации гистонов служат для рекрутирования других белков путем специфического распознавания модифицированного гистона через белковые домены, специализированные для таких целей, а не просто за счет стабилизации или дестабилизирует взаимодействие между гистоном и лежащей в основе ДНК. Эти рекрутированные белки затем действуют, активно изменяя структуру хроматина или способствуя транскрипции. Для получения подробной информации о регуляции экспрессии генов модификациями гистонов см. таблицу ниже.
Гипотеза заключается в том, что хроматин -ДНК взаимодействия управляются комбинациями модификаций гистонов. Хотя считается, что модификации (такие как метилирование, ацетилирование, АДФ-рибозилирование, убиквитинирование, цитруллинирование и фосфорилирование ) в гистоновые хвосты изменяют структуру хроматина, полное понимание точных механизмов, с помощью которых эти изменения гистоновых хвостов влияют на взаимодействия ДНК-гистонов, остается неуловимым. Однако были детально проработаны некоторые конкретные примеры. Например, фосфорилирование серина остатков 10 и 28 на гистоне H3 является маркером хромосомной конденсации. Аналогичным образом комбинация фосфорилирования серина остатка 10 и ацетилирования лизинового остатка 14 на гистоне H3 является контрольным признаком активной транскрипции.
Схематическое изображение гистоновые модификации. Основано на Rodriguez-Paredes and Esteller, Nature, 2011 Хорошо охарактеризованные модификации гистонов включают:
Однако существует гораздо больше модификаций гистонов, и чувствительные масс-спектрометрические подходы недавно значительно расширили каталог.
Очень краткое изложение гистонового кода для статуса экспрессии генов: приведено ниже (номенклатура гистонов описана здесь ):
| Тип. модификации | Гистон | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H3K4 | H3K9 | H3K14 | H3K27 | H3K79 | H3K122 | H4K20 | H2BK5 | |
| моно- метилирование | активация | активация | активация | активация | активация | активация | ||
| диметилирование | репрессия | репрессия | репрессия | активация | ||||
| три-метилирование | активация | репрессия | репрессия | активация,. репрессия ssion | репрессия | |||
| ацетилирование | активация | активация | активация | активация | ||||
В отличие от этого простого В такой модели любой реальный гистоновый код потенциально может быть очень сложным; каждый из четырех стандартных гистонов может быть одновременно модифицирован в нескольких разных сайтах с множеством различных модификаций. Чтобы дать представление об этой сложности, гистон H3 содержит девятнадцать лизинов, о которых известно, что они метилированы - каждый может быть неметилированным, моно-, ди- или триметилированным. Если модификации независимы, это позволяет потенциально 4 или 280 миллиардов различных паттернов метилирования лизина, что намного больше, чем максимальное количество гистонов в геноме человека (6,4 Гб / ~ 150 п.н. = ~ 44 миллиона гистонов, если они очень плотно упакованы). И это не включает ацетилирование лизина (известное как H3 по девяти остаткам), метилирование аргинина (известное как H3 по трем остаткам) или фосфорилирование треонина / серина / тирозина (известное как H3 по восьми остаткам), не говоря уже о модификациях других гистонов.
Каждая нуклеосома в клетке, следовательно, может иметь различный набор модификаций, что поднимает вопрос о существовании общих паттернов модификаций гистонов. Исследование около 40 модификаций гистонов в промоторах генов человека выявило более 4000 используемых различных комбинаций, из которых более 3000 встречаются только на одном промоторе. Однако были обнаружены закономерности, включающие набор из 17 модификаций гистонов, которые вместе присутствуют в более чем 3000 генах. Следовательно, паттерны модификаций гистонов действительно встречаются, но они очень сложны, и в настоящее время у нас есть детальное биохимическое понимание важности относительно небольшого числа модификаций.
Структурные детерминанты распознавания гистонов читателями, записывающими и стирающими гистоновый код выявляются растущим объемом экспериментальных данных.
