Распространение модификаций хроматина

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.