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5.12:

Modificação de Histona

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Molecular Biology
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Histone Modification

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Um nucleossoma contem um núcleo da proteína que é composto de quatro proteínas do núcleo da histona H2A, H2B, H3 e H4.Além destas quatro histonas padrões do núcleo, eucariontes possuem também algumas variantes de cada histona, com a exceção de H4.As caudas do aminoterminal do núcleo padrão e da variante das histonas projetam-se dos nucleossomas e são altamente desestruturados móveis. Estas caudas, compostas por cerca de 30 aminoácidos, são sujeitas a várias formas de modificações covalentes, tais como a acetilação de lisinas, fosforilação de serinos, ou mono ou di, ou trimetilação de lisinas. As reações que levam a estas modificações são catalisadas por diferentes enzimas, tais como metiltransferases, acetilasses e cinases.Estes grupos de enzimas são coletivamente referido como os escritores. As reações que catalisam a remoção desses grupos químicos químicos são catalisadas por enzimas como demetilases, diacetilasses e fosfodiasses. Estas enzimas são coletivamente referidas como borrachas.Entre as inúmeras combinações possíveis de diferentes variantes de histona e modificações de aminoterminais finais, apenas determinados conjuntos coordenados são conhecidos por ocorrer. Alguns destes conjuntos combinados de modificações codificam um sinal específico para a célula. Por exemplo, um conjunto de modificações sinaliza danos ao DNA e a necessidade de reparo.Outro sinal da expressão gênica, enquanto outros enquanto outros sinalizam o silenciamento gênico ou a modificação da cromatina, como o estabelecimento e propagação de heterocromatina. Este sistema de codificação é referido como o código histona. os sinais codificados nestas modificações são decodificados por proteínas regulatórias específicas chamadas readers leitoras.Estas proteínas e complexos multiproteicos contêm vários domínios pequenos, cada um dos quais reconhece um de sinal histona particular. Elas se ligam firmemente a uma região da cromatina que contem diversas marcas diferentes da histona e atraem complexos adicionais da proteína com atividades catalíticas. Isto conduz as funções biológicas específicas, tais como modificações da cromatina, expressão do gene, e silenciamento de genes.

5.12:

Modificação de Histona

As proteínas histonas têm uma cauda N-terminal flexível que se estende para fora do nucleossoma. Estas caudas das histonas são frequentemente sujeitas a modificações pós-translacionais, tais como acetilação, metilação, fosforilação, e ubiquitinação. Combinações específicas destas modificações formam “códigos de histonas” que influenciam o empacotamento da cromatina e a expressão genética específica de cada tecido.

Acetilação

A enzima histona acetiltransferase adiciona o grupo acetilo às histonas. Outra enzima, histona desacetilase, remove o grupo acetilo de histonas acetiladas. Os aminoácidos lisina nas posições 4 e 9 da cauda N-terminal das histonas são muitas vezes acetilados e desacetilados. A acetilação aumenta a carga negativa das histonas. Isto enfraquece a interação DNA-histona, resultando em um afrouxamento da cromatina e maior acesso ao DNA. Por exemplo, nos eritrócitos, o gene da beta-globina está associado a histonas acetiladas que aumentam a sua expressão. Em não eritrócitos em que o gene está inativo, ele está associado a histonas não acetiladas.

Metilação

As caudas de histonas na posição da lisina 9 da histona H3 podem ser di- ou tri-metiladas pela enzima histona metiltransferase. Esta metilação pode iniciar a ligação de proteínas não histonas e aumentar a compactação da cromatina. A metilação aumenta a carga positiva sobre as histonas, resultando em maior afinidade entre o DNA negativamente carregado e as histonas e maior compactação da cromatina. A cromatina reprimida, também conhecida como heterocromatina, é altamente metilada.

Tabela resumida de modificações de histonas e os seus efeitos na expressão de genes

Modificação da histona Efeito na expressão de genes
Lisina acetilada /td> Ativação
Lisina hipoacetilada Repressão
Serina/treonina fosforilada Ativação
Arginina metilada Ativação
Lisina metilada Repressão
Lisina ubiquitinilada Ativação/Repressão

Os códigos ou modificações de histonas são herdados epigeneticamente, o que significa que estas modificações não são geneticamente codificadas. Assim, estas modificações são fielmente passadas para a célula seguinte durante cada divisão celular como uma memória epigenética.

Suggested Reading

  1. Margueron, Raphaël, and Danny Reinberg. "Chromatin structure and the inheritance of epigenetic information." Nature Reviews Genetics 11, no. 4 (2010): 285-296.
  2. Molecular Cell Biology, Lodish, 8th edition, Pages 330-333, 405-406.