5.13: 염색질 변형의 확산

Spreading of Chromatin Modifications
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Molecular Biology
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Spreading of Chromatin Modifications

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02:25 min
November 23, 2020

Overview

The histone proteins in the nucleosomes are post-translationally modified (PTM) to increase or decrease access to DNA. The commonly observed PTMs are methylation, acetylation, phosphorylation, and ubiquitination of lysine amino acids in the histone H3 tail region. These histone modifications have specific meaning for the cell. Hence, they are called "histone code". The protein complex involved in histone modification is termed as "reader-writer" complex.

Writers

The writer is an enzyme that can cause specific histone modifications. The common writer enzymes are histone methyltransferases (HMT) and histone acetyltransferases (HATs). HMTs add a methyl group to histone tail, which increases the chromatin compaction, inhibits transcription, and helps to differentiate newly synthesized strands from the parental strand during DNA replication. HATs add an acetyl group to histone tail, which decreases the chromatin compaction and allows access to DNA.

Erasers

The PTMs to histones are reversible and can be removed by another group of enzymes called "erasers". Common erasers are histone deacetylase and histone demethylase. They remove the acetyl or methyl group from the histone and alter the chromatin compaction. 

Barrier proteins

Reader-writer complexes mark the euchromatin and heterochromatin regions on a chromatin. Acetylation of histone tail lysine marks the euchromatin, whereas methylation marks the heterochromatin region. It is important to separate the gene-rich euchromatin from gene-poor heterochromatin, for optimal regulation of gene expression. On a long chromatin strand, series of euchromatin and heterochromatin are separated by barrier sequences. These sequences prevent the spread of histone modification by several ways. For example, barrier proteins can tether chromatin to nuclear pore and prevent the spread of heterochromatin.

The aberrant activity of writer-eraser enzymes is correlated with several human diseases, including Alzheimer's, Fragile X syndrome, and cancer. In Fragile X syndrome, gene FRM1 required for normal cognitive development is hypermethylated, which leads to transcriptional silencing of the gene.

Transcript

리더 효소는 라이터 또는 지우개 효소와 협력하여 염색질 변형을 생성하고 염색체를 따라 상당한 거리까지 염색질 변화를 퍼뜨립니다.

writer 및 eraser 효소와 유사하게 기능하는 이 프로세스는 여기에서 reader와 writer 조합을 예로 들어 설명합니다.

이 과정은 전사 조절 단백질이 특정 DNA 염기서열에 결합할 때 시작됩니다. 결합 후, 조절 단백질은 염색체의 특정 부위에 라이터 효소(writer enzyme)를 모집합니다.

그런 다음 작성기 효소는 코어 히스톤에 표시를 추가하기 시작합니다.

하나 이상의 인접한 뉴클레오솜에 표시가 추가되면 이러한 표시를 인식하는 ‘리더’ 효소를 포함하는 다중 단백질 복합체가 새로 변형된 뉴클레오솜에 단단히 결합합니다.

결합은 다단백질 복합체의 ‘라이터(writer)’ 효소를 활성화하고 인접한 뉴클레오솜 근처에 위치시켜 새로운 표시를 추가할 수 있도록 합니다.

함께 작용하여, 복합체의 독자와 작가 효소는 일련의 많은 ‘읽기와 쓰기’ 주기를 촉매한다. 이러한 주기는 염색체를 따라 염색질 응축과 같은 염색질 변형을 퍼뜨립니다.

서로 다른 구조와 기능을 가진 유크로마틴(euchromatin)과 헤테로크로마틴(heterochromatin)과 같은 인접한 염색질 도메인 사이의 경계는 ‘장벽 서열(barrier sequences)’이라고 하는 특정 DNA 서열로 표시됩니다.

이러한 장벽 염기서열은 다양한 장벽 단백질에 대한 결합 부위 역할을 하며, 이는 서로 다른 장벽 작용을 매개하여 헤테로크로마틴이 유크로마틴으로 전파되는 것을 차단합니다.

예를 들어, 일부 장벽 단백질은 이염색질의 확산에 필요한 히스톤 표시를 지우는 히스톤 변형 효소를 모집합니다.

일부 장벽 단백질은 뉴클레오솜 그룹에 단단히 결합하여 뉴클레오솜을 덮음으로써 덮인 유크로마틴이 헤테로크로마틴 확산에 저항하도록 합니다.

또 다른 장벽 단백질은 염색질 영역을 핵공극과 같은 큰 고정 부위에 묶어 이염색질의 확산을 막는 장벽을 형성합니다.

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