5.12: Modificazione degli istoni

The histone proteins have a flexible N-terminal tail extending out from the nucleosome. These histone tails are often subjected to post-translational modifications such as acetylation, methylation, phosphorylation, and ubiquitination. Particular combinations of these modifications form “histone codes” that influence the chromatin folding and tissue-specific gene expression.

Acetylation

The enzyme histone acetyltransferase adds acetyl group to the histones. Another enzyme, histone deacetylase, removes the acetyl group from acetylated histones. The lysine amino acids at position 4 and 9 of N-terminal histone tail are often acetylated and deacetylated. Acetylation increases the negative charge of histones. This weakens the DNA-histone interaction resulting in loosening of chromatin and increased access to DNA. For example, in the erythroid cells, beta-globin gene is associated with acetylated histones that increase its expression. In non-erythroid cells where the gene is inactive, it is found to be associated with nonacetylated histones.

Methylation

The histone tails at the lysine 9 position of histone H3 can be di- or tri-methylated by enzyme histone methyltransferase. This methylation can initiate the binding of nonhistone proteins and increase chromatin compaction. Methylation increases the positive charge on the histones, resulting in increased affinity between negatively charged DNA and histones and higher chromatin compaction. Repressed chromatin, also known as heterochromatin, is highly methylated.

Summary table of histone modifications and their effect on gene expression

The histone codes or modifications are epigenetically inherited, meaning these modifications are not genetically coded. Hence, these modifications are faithfully passed on to the next cell during each cell division as an epigenetic memory.

Un nucleosoma contiene un nucleo proteico composto da di quattro proteine del nucleo dell'istone-H2A, H2B, H3 e H4.Oltre a questi quattro nuclei istoni standard, gli eucarioti possiedono anche alcune varianti di ogni istone, ad eccezione di H4.Le code ammino-terminali degli standard e variante nucleo degli istoni, protrudono dai nucleosomi e sono altamente non strutturati e mobili. Le code, composte da circa 30 aminoacidi, sono sottoposte a diverse forme di modificazioni covalenti, come l'acetilazione delle lisine, 00:00:41.140 00:00 44.620 fosforilazione delle serine, e mono, di, o trimetilazioni delle lisine. Le reazioni che portano a queste modifiche sono catalizzate da diversi enzimi, come la metiltransferasi, acetilasi e chinasi.

Questi gruppi di enzimi sono collettivamente indicati come Writers Le reazioni che catalizzano la rimozione di questi gruppi chimici sono catalizzate da enzimi come le demetilasi, deacetilasi e fosfatasi. Questi enzimi sono definiti Erasers Tra le numerose possibili combinazioni di diverse varianti istoniche e modificazioni dell'estremità terminale amminica, solo alcune unioni coordinate sono note. Alcuni di questi insiemi combinati di modifiche codificano un segnale specifico per la cellula.

Ad esempio, una serie di modifiche segnala danni al DNA e la necessità di riparazioni. Altri segnali sono di espressione genica, altri ancora di silenziamento genico o di modifica della cromatina, come la costruzione e la diffusione dell'eterocromatina;questo sistema di codifica viene chiamato codice istonico. I segnali codificati in queste modifiche sono decodificati da specifiche proteine regolatrici chiamate lettrici.

Queste proteine e i complessi multiproteici contengono vari piccoli domini, ciascuno dei quali riconosce un particolare segno istonico. Si legano strettamente ad una regione di cromatina che contiene diversi istoni e attraggono complessi proteici aggiuntivi con attività catalitiche. Questo processo porta a specifiche funzioni biologiche, come le modificazioni della cromatina, l'espressione genica e il silenziamento genico.