クロマチンの構造,ヌクレオソームの位置付け,そして最終的に遺伝子転写のためのDNAへのアクセスが ヒストンタンパク質によって大きく制御されています.それぞれに4つのヒストンが含まれる: H2A,H2B,H3,H4 一方,H1タンパク質は,核体間DNAを安定させるリンクヒストンとして作用し,核体自体の一部を構成しません.
これらのヒストン変異は,ヒストンコードとして知られるものを構成し,地元のゲノム領域の転写状態を決定します.特定の領域におけるヒストンの変化を調べる遺伝子活性化状態,プロモーター,エンハンサー,および他の遺伝子調節要素の位置を明らかにすることができます.
アセチレーションは,トランスクリプション規則に影響を与える最初の発見の一つであったため,最も広く研究されたヒストン改変の一つです.変形していないリシン残留物は正電荷がかかっているが,アセチレーションの結果,ヒストンの電荷が中和される.負電荷を持つDNAとの相互作用を減少させる.電荷の中和化により,より弱いヒストンが生成される.DNA相互作用,トランスクリプションファクター結合を可能にし,遺伝子発現を大幅に増加させる (Roth et al.2001年) について説明します.
ヒストンアセチレーションは細胞循環の調節,細胞増殖,アポプトーシスに関与し,細胞分化を含む他の多くの細胞プロセスを調節する上で重要な役割を果たす可能性があります.DNA複製と修復ヒストンアセチレーションのバランスの不均衡は腫瘍発症とがん進行に関連しています.
アセチル群はヒストンH3およびH4のリシン残留物にヒストンアセチルトランスフェラゼ (HAT) によって加え,デセチラゼ (HDAC) によって除去されます.ヒストンアセチレーションは主にプロモーター領域を標的にしています.プロモーター局所アセチレーションとして知られています例えば,ヒストンH3 (H3K9acとH3K27ac) にK9とK27のアセチレーションは,通常,活性遺伝子の増強剤とプロモーターと関連している.転写された遺伝子全体に 低レベルのグローバルアセチレーションも見られます機能は不明です
アルギニンメチレーションは,ヒストンH3とH4のリシンまたはアルギニン残留物に添加され,トランスクリプションに異なる影響を与える.アルギニンメチレーションはトランスクリプション活性化を促進する (Greeret ほか., 2012) で,リシンメチレーションはメチレーション部位に応じて,トランスクリプション活性化と抑制の両方に関与している.この柔軟性は,メチル化がヒストンの電荷を変化させたり,ヒストンのDNA相互作用に直接影響を与えないという事実によって説明される.アセチル化とは違います
リシンは単,二,または三メチル化され,メチル化部位ごとに機能的多様性をさらに提供することができる.例えば,ヒストンH3 (H3K4me1とH3K4me3) のK4におけるモノメチレーションとトリメチレーションの両方が活性化マーカーである.H3K4me1は典型的には転写強化剤をマークし,H3K4me3は遺伝子促進剤をマークします.K36 (H3K36me3) のトリメチレーションは,遺伝子体内の転写領域に関連した活性化マーカーである.
対照的に,ヒストンH3 (H3K9me3とH3K27me3) のK9とK27のトリメチレーションは,ユニークな機能を持つ抑制信号である:H3K27me3は,胚性幹細胞の発達調節物質を制御するプロモーター領域の一時的な信号である.一方,H3K9me3は,衛星重複などのタンドム重複構造を持つ遺伝子貧乏な染色体領域でヘテロクロマチンの形成のための恒久的な信号です.テロメアまた,レトロトランスポゾンと亜鉛指遺伝子 (KRAB-ZFPs) の特定のファミリーもマークします.H3K27me3が遺伝子間および沈黙されたコード領域で,H3K9me3が主として活性遺伝子のコード領域で.
酵素調節
ヒストンのメチレーションは 複数の細胞分裂を経て 伝播する安定した標識で 長年 回復不能だと考えられていました最近は 活発に規制され 逆転可能なプロセスだと 発見されました.
メチル化:ヒストンメチルトランスフェラーゼ (HMT)
SETドメインを含む (ヒストンの尾)
SET ドメイン以外のドメインを含むもの (ヒストンコア)
PRMT (タンパク質アルギニンメチルトランスフェラース) 家族
デメチレーション:ヒストンデメチラーゼ
KDM1/LSD1 (リシン特異性デメチラーゼ1)
JmjC (Jumonjiドメインを含む)
PAD4/PADI4
ヒストンのリン酸化は,細胞分裂,転写調節,DNA損傷修復における染色体凝縮における重要な中間段階である (Rossetto et al., 2012, Kschonsak et al.,2015年)アセチル化とメチル化とは異なり,ヒストン酸化は他のヒストン変異間の相互作用を確立し,効果タンパク質のためのプラットフォームとして機能します.川の下流の出来事へと導きます.
核ヒストンのすべてにホルモリレーションが起こり,それぞれに差異的な効果がある.ヒストンH3のホルモリレーションはセリン10と28で,ヒストンH2AはT120で,クロマチンの圧縮とミトーシス中のクロマチンの構造と機能の調節に関与する細胞循環と細胞成長の重要なマーカーであり,ユカリオット全体に保存されます.H2AX の S139 での fosforylation (γH2AX を生成する) は DNA 損傷修復タンパク質の募集点として機能する (Lowndes et al).,2005,Pinto et al., 2010) で,DNAの二重鎖断裂後に発生する最も早い出来事の一つです.H2B リン酸化は研究が進んでいないが,アポプトーシス関連クロマチン凝縮を促進することが判明している.DNAの断片化と細胞死 (Füllgrabe et al,2010).
すべてのヒストン核タンパク質は普遍的に存在することができるが,H2AとH2Bは最も一般的であり,核で最も普遍的に存在するタンパク質の2つである (Cao et al., 2012).ヒストン ユビキチレーション は DNA 損傷 反応 に 中核 的 な 役割 を 果たし ます.
ヒストンH2A,H2B,H2AXの単位素化がDNA双鎖断裂部位で見られる.最も一般的な形態はK119の単位素化H2AとK123 (酵母) /K120 (脊椎動物) の単位素化H2Bである.Monoubiquitylated H2A は,遺伝子サイレンシングと関連しています.H2Bはトランスクリプション活性化と関連している.
DNA修復にも重要です. K63のH2AとH2AXのポリユビキチレーションは RAP80のようなDNA修復タンパク質の認識サイトを提供します.
酵素調節
他のヒストン変異と同様に,H2AとH2Bの単位ビキチレーションは逆転可能であり,ヒストンビキチタンリガースとデビキチライティング酵素によって緊密に調節される.
モノビキチレーション
ポリユビキチレーション
最も一般的なヒストン変異とどこにいるか
| ヒストンの変異 | 機能 | 場所 |
| H3K4me1 | アクティベーション | 強化剤 |
| H3K4me3 | アクティベーション | プロモーター,二価ドメイン |
| H3K36me3 | アクティベーション | 遺伝子体 |
| H3K79me2 | アクティベーション | 遺伝子体 |
| H3K9Ac | アクティベーション | 強化剤,促進剤 |
| H3K27Ac | アクティベーション | 強化剤,促進剤 |
| H4K16Ac | アクティベーション | 繰り返すシーケンス |
| H3K27me3 | 弾圧 | 遺伝子豊かな領域のプロモーター,発達調節物質,二価ドメイン |
| H3K9me3 | 弾圧 | 衛星重複,テロメール,ペリセントロメール |
| ガンマH2A.X | DNA損傷 | DNAの二重鎖断裂 |
| H3S10P | DNA複製 | ミトス染色体 |
ChIP は,タンパク質や特異性のある変異を,結合するDNAとともに,抗体を使って分離する (図5).タンパク質や変異の位置と豊富さを特定するために DNAを配列し,ゲノムにマッピングします.
図2: ヒストンの変化 CHIP
抗体は改変されたヒストン尾に直接結合する.免疫降水とDNA浄化により,改変が占めるゲノム領域を隔離し,識別することができる.
特定のヒストンとヒストンの変異に対する抗体を利用することで,
ヒストン変異の機能が知られている場合,CHIPは,このヒストン変異サインとゲノム全体で対応する機能を持つ特定の遺伝子と領域を特定することができます.これらの遺伝子と領域は,興味のある生物学的プロセスにおける役割についてさらに調べることができます.例えば,H3K4me1に対するCHIPを使用すると,ゲノム全体で活性増強剤の位置と配列が明らかになり, 興味のある遺伝子や遺伝プログラムを指します.
もしヒストンの変異の機能が わかっていない場合 CHIPは このシグネチャーを持つ 配列,遺伝子,および位置を識別できます修正の関数を推論するために使用することができます.この技術はヒストンコードの多くを解読する上で重要な役割を果たし,ユビキチレーションやその他の新しいマークなどの新しく発見された修正の機能を確認するのにまだ価値があります.
ヒストン変異は,特定の酵素によってヒストンタンパク質に動的に追加され,除去される (表2).これらの書き込みと消去器のバランスは,ヒストンにどのマークが存在するかを決定する.,特定の遺伝プログラムや 細胞プロセスが オン・オフになるかどうかを 制御します
表 2 ヒストーン書きと消しゴムの主なカテゴリ:
| 変更 | 作家 | 消去器 |
| アセチル化 | ヒストンアセチルトランスフェラーゼ (HAT) | ヒストンデセチラゼ (HDAC) |
| メチル化 | ヒストンメチルトランスフェラーゼ (HMT/KMT) とタンパク質アルギニンメチルトランスフェラーゼ (PRMT) | リシンデメチラーゼ (KDM) |
| リン酸化 | キネス | リン酸塩 |
変異経路と特定のライターや消しゴムを特定することで,次のことが明らかになります.
薬物開発の取り組みにおいて,化合物はライターとレーザー活動への影響について簡単にスクリーニングすることができます.
一般的にヒストンメチルトランスフェラーゼ (HMT) 検査は開発が困難で,ほとんどの検査は検査設計によりいくつかの欠点があります.典型的なHMT検査は,3メチルドナーとしてH-SAMを測定し,メチル化反応の一般的な副産物としてS-アデノシルホモシステイン (SAH) を測定する.しかし,これは
Abcam HMT 活性測定は,特定のメチル化製品検出する抗体で特定のHMT の活性を評価し,以下の困難を克服します.
ヒストンデメチラーゼ活性測定は,通常,デメチラーゼの副産物であるホルムアルデヒドの形成を測定する.したがって,洗浄剤による干渉に敏感である.ティオール群とイオン範囲メチル化検査と同様に,これらの検査はデメチラースに特異的で,純粋化されたタンパク質でのみ実施できます.
Abcamのヒストンデメチラゼ検査は,直接デメチラ化製品の形成を測定することで,これらの問題を回避し,以下のようなことを提供します.
Abcam は HAT の 活動 を 全体 的 に 分析 する キット を 提供 し て い ます.この 検査 は,Acetyl-CoA ドナー から ヒストン ペプチド に アセチル グループ の HAT 触媒 による 移転 を 測定 する.アセチル化ペプチドとCoA-SHを生成するCoA-SH副産物は,色計またはフローロ計法によって測定される.
HDACタンパク質は,機能とDNA配列の類似性に基づいて4つの主要なグループ (クラスI,クラスIIA,クラスIIB,クラスIII,クラスIV) に分類されます.トリコスタチンA (TSA) によって抑制される"古典的な"HDACである.クラスIIIはNADの家族である+TSA に影響を受けない依存性タンパク質 (シルチューン (SIRT)) です.
これらのクラスはそれぞれ異なる細胞プログラムに関連しており,様々なフッ素測定法で個別に測定することができる.例えば,SIRTは通常 がんや神経疾患と関連していますSIRTの活性を検出したり,SIRTの活性に影響を与える薬物を特定することで,これらの疾患に対する新しい診断や治療戦略が示される可能性があります.
フロロメトリク検査では,アセチル化ペプチド基質をフロロホルと消化剤でアミノとカルボキシル端末に利用します.基質がデアセチル化されると,ペプチダースによって分裂できます.消火器からフルーオフォールを放出するフロロフォールの発光強度の増加は,デセチラーゼ活性に直接比例する.
小分子を用いてこれらの変異酵素を抑制し,その後ヒストン変異の関与と生物学的機能を調査するために下流の影響を評価することが有用である.したがって,エピジェネティック変異経路の役割を理解するための重要なツールです臨床前試験の文脈において,学術的および産業的な文脈の両方で,
ヒストンの変異は,クロマチンの物理的性質と,それに対応するトランスクリプション状態を調節します.直接 (例えば,負の電荷を伴うDNAを反発して開いた染色体構成を形成するアセチル群) または効果子と呼ばれるタンパク質アダプターを通じてエフェクタータンパク質は 特定のエピジェネティックマークを認識し 結合し その後は クロマチンの構造を変える分子機械を 採用しますこの表遺傳学的な読み手は ヒストンコードを行動に変換することによって ヒストン改変の機能的結果を決定します.
エフェクタータンパク質は,モジュールとして知られるエフェクタードメインを通じてヒストン改変マークを認識し,結合する (表3).
| ヒストン結合または効果装置 | 既知のヒストンマーク |
| クロモドメイン | H3K4me2/3,H3K9me2/3,H3K27me2/3 |
| チューダー | H3K4me3, H4K20me2 について |
| メガネ | H3K4me1, H4K20me1/2, H1K26me1 |
| WD40 繰り返す | R2/H3K4me2 |
| ブロモドメイン | カク |
| 博士号 | H3K4,H3K4me3,H3K9me3,K36me3 |
| 41701 | H3S10ph |
| BRCT | H2A.XS139 |
このモジュールは,モジュールの結合ポケットを覆うアミノ酸で特定のヒストン改変を認識します.この結合ポケットの外にある残留物 (特にN+2とN-2位置) は,改変されているヒストンおよびアミノ酸残留物 (例えばH3K4対H4K20) の特異性を決定する..
結合ポケット内外の残留物のわずかな差異により,類似した表遺伝的マークが認識できます.例えば,効果タンパク質は,単体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,三体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二体,二メチル結合モジュールの構造にわずかな変化がある.例えば,チューダードメインは,二または三メチル化ライシンにのみ結合し,PHD指モジュールは両方に結合し,または変更されていないライシンにのみ結合することができる (Ruthenburg et al., 2007).
複数のヒストン結合モジュールは,同じタンパク質および/またはタンパク質複合体でしばしば発見され,ヒストン改変の特定の組み合わせの認識を可能にします.より複雑なヒストンコードが作れますヒストンの変異が孤立して解釈されるのではなく,互いに相互作用する.
複合特異性と強化された親和性を持つ離散マークパターンを認識するために,ヒストン改変の多重関わりが重要です.また,多様で正確な下流行動も可能になります.例えば,単一の表遺伝的マーク (H3K4me3のような) は,ある文脈で遺伝子転写を活性化させても,周囲のマークに依存して,別の文脈でそれを抑制する可能性があります.異なるヒストン変異の組み合わせの機能的関連を示す例が表記されています (Ruthenburg et al..,2007年)
表 4. 同存するヒストンおよびDNA変異の機能関連:
| ヒストンの痕跡 | クロマチン状態 |
| H3K4me2/3 + H4K16ac | トランスクリプション活性なホメオティック遺伝子 |
| H3K4me2/3 + H3K9/14/18/23ac | トランスクリプション活性クロマチン |
| H3S10ph + H3K14ac | ミトゲン刺激転写 |
| H3K4me3 + H3K27me3 | 二重領域 |
| H3K9me3 + H3K27me3 + 5mC | 静かな位置 |
| H3K27me3 + H2AK119ub1 | 静かなホメオティック遺伝子 |
| H3K9me3 + H4K20me3 + 5mC | ヘテロクロマチン |
| H3K9me2/3 + H4K20me1+ H4K27me3 + 5mC | 不活性X染色体 |
タンパク質または複合体内の複数の効果分子は,同一のヒストンおよび/またはヌクレオソームのヒストン改変と相互作用する.これらの相互作用は以下のカテゴリーに分類することができる:
イントラヌクレオソマ:同じヌクレオソムに結合する
核体間:異なるヌクレオソムに結合する
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