Back to chapter

5.12:

Histon Modifikasyonu

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 Modification

Languages

Share

Nükleozom;H2A, H2B, H3 ve H4 olmak üzere dört histon çekirdek proteininden oluşan bir protein çekirdeği içerir. Bu dört standart çekirdek histona ek olarak, ökaryotlar ayrıca H4 hariç her histonun birkaç varyantına sahiptir. Standart ve varyant çekirdek histonlarının amino-terminal kuyrukları, nükleozomlardan çıkıntılıdır ve son derece düzensiz ve hareketlidir.Yaklaşık 30 amino asitten oluşan bu kuyruklar;lizinlerin asetilasyonu, serinlerin fosfatlanması ve lizinlerin mono, di veya trimetilasyonu gibi çeşitli kovalent modifikasyonlara maruz kalır. Bu değişikliklere yol açan reaksiyonlar;metiltransferazlar, asetilazlar ve kinazlar gibi farklı enzimler tarafından katalize edilir. Bu enzim gruplarına topluca Yazıcılar denir.Bu kimyasal grupların koparılmasını katalize eden reaksiyonlar;demetilazlar, deasetilazlar ve fosfatazlar gibi enzimler tarafından katalize edilir. Bu enzim gruplarına da topluca Siliciler denir. Farklı histon varyantları ve amino terminal uç modifikasyonlarının çok sayıda olası kombinasyonu arasında, sadece belirli koordinasyona sahip olanların gerçekleştiği bilinmektedir.Bu birleşik modifikasyon gruplarından bazıları, hücre için belirli bir sinyali kodlar. Örneğin, bir modifikasyon grubu, DNA hasarı ve onarım ihtiyacı sinyalini verir. Bir diğeri gen ekspresyonunun sinyalini verirken, diğerleri heterokromatin’in yerleşmesi ve yayılmasındaki gibi, gen susturma veya kromatin modifikasyonu sinyali verir.Bu kodlama sistemi, histon kodu olarak adlandırılır. Bu modifikasyonlarla kodlanan sinyallerin kodu, Okuyucular adı verilen belirli düzenleyici proteinler tarafından çözülür. Bu proteinler ve çok proteinli kompleksler, her biri belirli bir histon işaretini tanıyan, birçok küçük bölge içerir.Bu bölgeler, kromatinin birçok farklı histon işareti içeren bir bölgesine sıkıca bağlanırlar ve katalitik aktivitelerle başka protein komplekslerini de çekerler. Bu, kromatin modifikasyonları, gen ekspresyasyonu ve gen susturma gibi spesifik biyolojik işlevleri sonuç verir.

5.12:

Histon Modifikasyonu

Histone proteinleri nükleozomdan uzanan esnek bir N-terminal kuyruğuna sahiptir. Bu histon kuyrukları genellikle asetilasyon, metilasyon, fosforilasyon ve ubliakinasyon gibi translasyon sonrası modifikasyonlara tabidir. Bu modifikasyonların özel kombinasyonları, kromatin katlanmasını ve dokuya özgü gen ekspresyonunu etkileyen “histon kodlarını” oluşturur.

Asetilasyon

Histone asetiltransfenaz enzimi histonlara asetil grubu ekler. Başka bir enzim olan histone deacetylase, asetil grubunu asetillenmiş histonlardan uzaklaştırır. N-terminal histon kuyruğunun 4. ve 9. pozisyonlarındaki lizin amino asitleri genellikle asetile edilir ve deasetile edilir. Asetilasyon histonların negatif yükünü arttırır. Bu, DNA-histon etkileşimini zayıflatır, bu da kromatinin gevşemesine ve DNA'ya erişimin artmasına neden olur. Örneğin, eritroid hücrelerinde, beta-globin geni, ekspresyonunu arttıran asetillenmiş histonlarla ilişkilidir. Genin inaktif olduğu eritroid olmayan hücrelerde, asetile edilmemiş histonlarla ilişkili olduğu bulunmuştur.

Metilasyon

Histone H3'ün lizin 9 pozisyonundaki histone kuyrukları, histone metiltransfez enzimi tarafından di- veya tri-metilasyon yapılabilir. Bu metilasyon, histon olmayan proteinlerin bağlanmasını başlatabilir ve kromatin sıkışmasını artırabilir. Metilasyon, histonlar üzerindeki pozitif yükü arttırır, bu da negatif yüklü DNA ve histonlar arasındaki afinitenin artmasına ve daha yüksek kromatin sıkışmasına neden olur. Heterokromatin olarak da bilinen baskılanmış kromatin, yüksek oranda metillenir.

Histon modifikasyonlarının özet tablosu ve gen ekspresyonu üzerindeki etkileri

Histon modifikasyonu Gen ekspresyonu üzerindeki etkisi
Asetillenmiş lizin Aktivasyon
Hipoasetillenmiş lizin Baskı
Fosforile serin / treonin Aktivasyon
Metillenmiş arginin Aktivasyon
Metillenmiş lizin Baskı
Ubikitinlenmiş Lizin Aktivasyon / Baskı

Histon kodları veya modifikasyonları epigenetik olarak kalıtsaldır, yani bu değişiklikler genetik olarak kodlanmaz. Bu nedenle, bu değişiklikler epigenetik bir bellek olarak her hücre bölünmesi sırasında bir sonraki hücreye sadık bir şekilde aktarılır.

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.