5.13:

5.13: Rozprzestrzenianie się modyfikacji chromatyny

Spreading of Chromatin Modifications

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Spreading of Chromatin Modifications

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

5.12: Histone Modification

5.14: Lampbrush Chromosomes

8,163 Views

•

02:25 min

•

November 23, 2020

Overview

Białka histonowe w nukleosomach są modyfikowane potranslacyjnie (PTM) w celu zwiększenia lub zmniejszenia dostępu do DNA. Powszechnie obserwowanymi PTM są metylacja, acetylacja, fosforylacja i ubikwitynacja aminokwasów lizyny w regionie ogona histonu H3. Te modyfikacje histonów mają specyficzne znaczenie dla komórki. Stąd nazywa się je “kodem histonowym”. Kompleks białkowy biorący udział w modyfikacji histonów jest określany jako kompleks “czytelnik-pisarz”.

Pisarzy

Pisarz jest enzymem, który może powodować określone modyfikacje histonów. Powszechnymi enzymami zapisującymi są metylotransferazy histonowe (HMT) i acetylotransferazy histonowe (HAT). HMT dodają grupę metylową do ogona histonu, co zwiększa zagęszczenie chromatyny, hamuje transkrypcję i pomaga odróżnić nowo zsyntetyzowane nici od nici rodzicielskiej podczas replikacji DNA. HAT dodają grupę acetylową do ogona histonu, co zmniejsza zagęszczenie chromatyny i umożliwia dostęp do DNA.

Kasowniki

PTM do histonów są odwracalne i mogą być usuwane przez inną grupę enzymów zwanych “gumkami”. Typowymi gumkami są deacetylaza histonowa i demetylaza histonowa. Usuwają grupę acetylową lub metylową z histonu i zmieniają zagęszczenie chromatyny.

Białka barierowe

Kompleksy czytelnika-pisarza oznaczają regiony euchromatyny i heterochromatyny na chromatynie. Acetylacja lizyny ogona histonowego oznacza euchromatynę, podczas gdy metylacja oznacza region heterochromatyny. Ważne jest, aby oddzielić euchromatynę bogatą w gen od heterochromatyny ubogiej w geny, aby zapewnić optymalną regulację ekspresji genów. Na długiej nici chromatyny szeregi euchromatyny i heterochromatyny są oddzielone sekwencjami barierowymi. Sekwencje te zapobiegają rozprzestrzenianiu się modyfikacji histonów na kilka sposobów. Na przykład białka barierowe mogą wiązać chromatynę z porami jądrowymi i zapobiegać rozprzestrzenianiu się heterochromatyny.

Nieprawidłowa aktywność enzymów piszących i wymazujących jest skorelowana z kilkoma chorobami ludzkimi, w tym chorobą Alzheimera, zespołem łamliwego chromosomu X i rakiem. W zespole łamliwego chromosomu X gen FRM1 wymagany do prawidłowego rozwoju poznawczego jest hipermetylowany, co prowadzi do wyciszenia transkrypcji genu.

Transcript

Enzymy czytnika działają we współpracy z enzymami zapisującymi lub wymazującymi, aby tworzyć modyfikacje chromatyny i rozprzestrzeniać zmiany chromatyny na znaczną odległość wzdłuż chromosomu.

Proces, który działa podobnie z enzymami zapisującymi i gumkującymi, jest opisany tutaj na przykładzie kombinacji czytnika i pisarza.

Proces rozpoczyna się, gdy transkrypcyjne białko regulatorowe wiąże się z określoną sekwencją DNA. Po związaniu białko regulatorowe rekrutuje enzym piszący do tego konkretnego miejsca na chromosomie.

Następnie enzym piszący zaczyna dodawać znaczniki do histonów rdzenia.

Po dodaniu znaczników do jednego lub więcej sąsiednich nukleosomów, kompleks wielobiałkowy zawierający enzym “czytnik”, który rozpoznaje te znaki, ściśle wiąże się z nowo zmodyfikowanym nukleosomem.

Wiązanie aktywuje enzym “piszący” kompleksu wielobiałkowego i umieszcza go w pobliżu sąsiedniego nukleosomu, umożliwiając mu dodanie nowego znaku.

Współpracując ze sobą, enzymy czytającego i piszącego kompleksu katalizują serię wielu cykli “odczytu i zapisu”. Cykle te rozprzestrzeniają modyfikację chromatyny, taką jak kondensacja chromatyny, wzdłuż chromosomu.

Granica między sąsiednimi domenami chromatyny, takimi jak euchromatyna i heterochromatyna, które mają różne struktury i funkcje, jest oznaczona specyficznymi sekwencjami DNA zwanymi “sekwencjami barierowymi”.

Te sekwencje barierowe działają jako miejsca wiązania dla różnych białek barierowych, które blokują propagację heterochromatyny do euchromatyny, pośrednicząc w różnych działaniach barierowych.

Na przykład niektóre białka barierowe rekrutują enzymy modyfikujące histony, które usuwają znaczniki histonowe wymagane do rozprzestrzeniania się heterochromatyny.

Niektóre białka barierowe ściśle wiążą się z grupą nukleosomów, zakrywając je i sprawiając, że pokryta euchromatyna jest odporna na rozprzestrzenianie się heterochromatyny.

Jeszcze inne białko barierowe wiąże region chromatyny z dużymi stałymi miejscami, takimi jak pory jądrowe, i tworzy barierę, która zatrzymuje rozprzestrzenianie się heterochromatyny.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for