5.13:

5.13: Распространение модификаций хроматина

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

5.12: Histone Modification

5.14: Lampbrush Chromosomes

8,162 Views

•

02:25 min

•

November 23, 2020

Overview

Гистоновые белки в нуклеосомах посттрансляционно модифицированы (ПТМ) для увеличения или уменьшения доступа к ДНК. Обычно наблюдаемые ПТМ представляют собой метилирование, ацетилирование, фосфорилирование и убиквитинирование аминокислоты лизина в хвостовой области гистона H3. Эти модификации гистонов имеют особое значение для клетки. Следовательно, они называются "гистоновым кодом". Белковый комплекс, участвующий в модификации гистонов, называется комплексом "читатель-писатель".

Писатели

Писатель – это фермент, который может вызывать определенные модификации гистонов. Типичные ферменты-писатели – это гистонметилтрансферазы (ГМТ) и гистонацетилтрансферазы (ГАТ). ГМТ добавляют метильную группу к гистоновому хвосту, что увеличивает компактность хроматина, ингибирует транскрипцию и помогает дифференцировать вновь синтезированные цепи от родительской цепи во время репликации ДНК. ГАТ добавляют ацетильную группу к гистоновому хвосту, что уменьшает компактность хроматина и обеспечивает доступ к ДНК.

Стиратели

ПТМ гистонов обратимы и могут быть удалены другой группой ферментов под названием "стиратели". Распространенными стирателями являются гистондеацетилаза и гистондеметилаза. Они удаляют ацетильную или метильную группу из гистона и изменяют компактизацию хроматина.

Барьерные белки

Комплексы читатель-писатель отмечают в хроматине области эухроматина и гетерохроматина. Ацетилирование лизина в гистоновом хвосте маркирует эухроматин, в то время как метилирование отмечает область гетерохроматина. Для оптимальной регуляции экспрессии генов важно отделить обогащенный генами эухроматин от бедного генами гетерохроматина. На длинной нити хроматина ряды эухроматина и гетерохроматина разделены барьерными последовательностями. Эти последовательности предотвращают распространение модификаций гистонов несколькими способами. Например, барьерные белки могут прикреплять хроматин к ядерной поре и предотвращать распространение гетерохроматина.

Аберрантная активность ферментов писатель-стиратель коррелирует с несколькими заболеваниями человека, включая болезнь Альцгеймера, синдром ломкой Х-хромосомы и рак. При синдроме ломкой Х-хромосомы ген FRM1, необходимый для нормального когнитивного развития, гиперметилирован, что приводит к подавлению транскрипции гена.

Transcript

ферменты-читатели действуют в сотрудничестве с ферментами-писателями или стирателями для создания модификаций хроматина и распространения изменения хроматина на значительные расстояния вдоль хромосомы. Процесс, который функционирует примерно одинаково и с писателем, и со стирателем, описаны здесь для случая фермента-читателя и фермента-писателя в качестве примера. Процесс начинается, когда транскрипционный белок-регулятор связывается с a определенной последовательностью ДНК.

После связывания регуляторный белок рекрутирует фермент-писатель на специфический участок хромосомы. Затем фермент-писатель начинает добавлять метки к гистонам ядра. После того, как метки были добавлены к одной или нескольким соседним нуклеосомам, мультибелковый комплекс, содержащий фермент-читатель, признает эти знаки и плотно привязывается к только-что модифицированной нуклеосоме.

Привязка активирует фермент-писатель многобелкового комплекса и позиционирует его рядом с соседней нуклеосомой, давая возможность добавления новой метки. Работая вместе, ферменты читатель и писатель из комплекса катализируют серию большого количества циклов чтения и записи. Эти циклы распределяют изменения хроматина, например, конденсацию хроматина, вдоль хромосомы.

Границы между соседними доменами хроматина, эухроматином и гетерохроматином, которые имеют разные структуры и функции, обозначены определенными последовательностями ДНК, называемыми барьерные последовательности. Эти барьерные последовательности выполняют роль связывающего сайта для различных барьерных белков, которые заблокируют распространение гетерохроматина в эухроматин путем различных барьерных действий. Например, некоторые барьерные белки рекрутируют гистон-модифицирующиеферменты, которые стирают с гистонов метки, необходимые для распространения гетерохроматина.

Некоторые барьерные белки тесно связываются с группой нуклеосом, покрывая их, и тем самым создавая покрытый эухроматин, устойчивый к распространению хроматина. Еще один барьерный белок привязывает область хроматина к крупным, стационарным сайтам, таким, как ядерные поры, и образует барьер, который останавливает распространение гетерохроматина.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for