5.16:

5.16: Warianty histonów w centromerze

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

Histone Variants at the Centromere

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

Previous Video

5.15: Polytene Chromosomes

Next Video

5.17: Inheritance of Chromatin Structures

4,256 Views

•

02:30 min

•

November 23, 2020

Warianty histonów to białka histonowe z różnicami strukturalnymi i sekwencyjnymi. Warianty te można uznać za “zmutowane” formy, które zastępują swoje kanoniczne odpowiedniki histonowe w nukleosomach. Specyficzne modyfikacje potranslacyjne wariantów histonów umożliwiają dalszą złożoność chromatyny i regulują ekspresję genów specyficznych dla tkanki. Najczęstsze warianty histonów pochodzą z rodzin histonów H2A, H2B i histonów łącznikowych H1. Jednak coraz częściej badanych jest również kilka wariantów histonu H3.

Wariant histonu H3: CENP-A

Chromatyna centrosomalna zawiera wyspecjalizowane białko histonowe o nazwie CENP-A, które ma 60% podobieństwa do kanonicznego histonu H3. Jest niezbędny do montażu kinetochoru i późniejszego wiązania mikrotubul. Przypuszcza się również, że CENP-A działa jako znacznik epigenetyczny w celu utrzymania tożsamości centromerów. CENP-A jest rozpoznawany i kierowany do centromeru za pośrednictwem domeny celowania CENP-A (CATD).

Badania in vitro wykazały, że nukleosomy centromerowe tworzą oktomery z dwiema kopiami CENP-A wraz z dwiema kopiami histonów H2A, H2B i H4. Niemniej jednak nowe badania na różnych eukariontach doprowadziły do powstania kilku konkurencyjnych modeli struktury nukleosomów zawierających CENP-A. Zgodnie z modelem hemisomu nukleosom zawiera tylko jedną kopię każdego histonu, tworząc tetramer. Ponadto ostatnie badania wykazały, że nukleosomy CENP-A są regulowane przez cykl komórkowy. Występują jako oktamery w fazie S i jako hemisomy podczas innych faz cyklu komórkowego.

Deregulacja funkcji CENP-A jest związana z niestabilnością chromosomów i rakiem. Kilka dowodów wskazuje na nadekspresję CENP-A w raku jelita grubego, gruczolakoraku, guzach rozrodczych jąder, raku piersi i raku wątrobowokomórkowym.

Transcript

Centromer to zwężony obszar na każdym chromosomie, w którym kinetochor i mikrotubule gromadzą się, aby zapewnić wierne oddzielenie chromatyd podczas anafazy podziału komórki.

U większości eukariontów centromer jest podzielony na dwie domeny chromatyny – rdzeń centromeru i perycentryczny region heterochromatyny.

Rdzeń centromeru u wszystkich eukariontów zawiera wariant histonu rdzeniowego H3, zwany białkiem centromerowym A lub CENP-A. Wraz z trzema pozostałymi histonami rdzenia H2A, H2B i H4, CENP-A tworzy nukleosom specyficzny dla centromeru.

Funkcjonalna domena fałdowania C-końcowego CENP-A jest wysoce konserwatywna wśród eukariontów. Jednak N-końcowy ogon białka wykazuje znaczne różnice zarówno pod względem wielkości, jak i sekwencji.

Rdzenie centromerów drożdży Saccharomyces cerevisiae zawierają pojedynczy nukleosom CENP-A przyłączony do pojedynczego wrzeciona mitotycznego; stąd są one określane jako centromery punktowe.

Ten rdzeń regionu centromerowego jest otoczony przez około 125 punktów bazowych bogatych w AT perycentrycznych sekwencji DNA. Region ten charakteryzuje się nukleosomami zawierającymi metylowany histon H3.

Chromatyna centromerowa tworzy trójwymiarową strukturę, która odsłania nukleosomy zawierające CENP-A do interakcji z kinetochorem i mikrotubulami.

W przeciwieństwie do tego, rdzeń centromerowy ludzkich chromosomów ma alternatywnie ułożone nukleosomy CENP-A i regularne nukleosomy H3. Te regularne nukleosomy H3 są dimetylowane.

Te naprzemienne bloki mogą mieć długość do 5 Mbs i w dużej mierze zawierają krótkie, powtarzające się sekwencje DNA bogate w AT, zwane DNA satelitarnym alfa, otoczone perycentrycznym DNA heterochromatyny.

Czas ładowania CENP-A do nukleosomów również różni się w zależności od gatunku. Na przykład, podczas gdy u ludzi, jest ładowany między fazami anafazy i G1; w roślinach obciążenie następuje w późnej fazie G2.