H3K27me3 es una modificación epigenética de la proteína de empaquetamiento de ADN Histona H3 . Es una marca que indica el tri- metilación de la lisina 27 de la histona H3 proteína.
Esta trimetilación está asociada con la regulación a la baja de genes cercanos a través de la formación de regiones heterocromáticas . [1]
Nomenclatura
H3K27me3 indica trimetilación de lisina 27 en la subunidad de la proteína histona H3:
Abbr. | Significado |
H3 | Familia de histonas H3 |
K | abreviatura estándar de lisina |
27 | posición del residuo de aminoácido (contando desde el extremo N ) |
me | grupo metilo |
3 | número de grupos metilo añadidos |
Metilación de lisina
Este diagrama muestra la metilación progresiva de un residuo de lisina. La trimetilación denota la metilación presente en H3K27me3.
Comprender las modificaciones de histonas
El ADN genómico de las células eucariotas se envuelve alrededor de moléculas de proteínas especiales conocidas como histonas . Los complejos formados por el bucle del ADN se conocen como cromatina . La unidad estructural básica de la cromatina es el nucleosoma : este consiste en el octámero central de las histonas (H2A, H2B, H3 y H4), así como una histona enlazadora y alrededor de 180 pares de bases de ADN. Estas histonas centrales son ricas en residuos de lisina y arginina. El extremo carboxilo (C) terminal de estas histonas contribuye a las interacciones histona-histona, así como a las interacciones histona-ADN. Las colas cargadas del terminal amino (N) son el sitio de las modificaciones postraduccionales, como la que se observa en H3K27me3. [2] [3]
Mecanismo y función de modificación.
La colocación de una marca represiva en lisina 27 requiere el reclutamiento de reguladores de cromatina por factores de transcripción . Estos modificadores son complejos de modificación de histonas que modifican covalentemente las histonas para moverse alrededor de los nucleosomas y abren la cromatina, o complejos de remodelación de cromatina que implican el movimiento de los nucleosomas sin modificarlos directamente. [4] Estas marcas de histonas pueden servir como sitios de acoplamiento de otros coactivadores como se ve con H3K27me3. Esto ocurre a través del silenciamiento de genes mediado por polycomb mediante la metilación de histonas y las interacciones del cromodominio. Un complejo represivo polycomb (PRC); PRC2 , media la trimetilación de la histona 3 en la lisina 27 a través de la actividad de la histona metil transferasa. [5] Esta marca puede reclutar PRC1 que se unirá y contribuirá a la compactación de la cromatina. [6]
H3K27me3 está relacionado con la reparación de daños en el ADN , en particular la reparación de roturas de doble cadena mediante reparación recombinacional homóloga . [7]
Relación con otras modificaciones
H3K27 puede sufrir una variedad de otras modificaciones. Puede existir tanto en estados mono como di-metilados. Las funciones de estas modificaciones respectivas no están tan bien caracterizadas como la trimetilación. Sin embargo, se cree que PRC2 está implicado en todas las diferentes metilaciones asociadas con H3K27me.
H3K27me1 está relacionado con la promoción de la transcripción y se observa que se acumula en los genes transcritos. Las interacciones histona-histona juegan un papel en este proceso. La regulación se produce a través de la deposición de H3K36me3 dependiente de Setd2 . [8]
H3K27me2 se distribuye ampliamente dentro de la histona central H3 y se cree que juega un papel protector al inhibir potenciadores específicos de tipo no celular. En última instancia, esto conduce a la inactivación de la transcripción. [9]
La acetilación generalmente está relacionada con la regulación positiva de los genes. Este es el caso de H3K27ac, que es una marca potenciadora activa. Se encuentra en las regiones proximales y distales de los genes. Está enriquecido en sitios de inicio transcripcional (TSS). H3K27ac comparte una ubicación con H3K27me3 e interactúan de manera antagónica.
A menudo se ve que H3K27me3 interactúa con H3K4me3 en dominios bivalentes. [10] Estos dominios se encuentran generalmente en las células madre embrionarias y son fundamentales para la diferenciación celular adecuada. H3K27me3 y H3K4me3 determinan si una célula permanecerá sin especificar o eventualmente se diferenciará. [11] [12] El gen Grb10 en ratones hace uso de estos dominios bivalentes. Grb10 muestra expresión génica impresa. Los genes se expresan a partir de un alelo parental mientras que al mismo tiempo se silencian en el otro alelo parental. [13]
Otras modificaciones bien caracterizadas son H3K9me3 y H4K20me 3 que, al igual que H3K27me3, están vinculadas a la represión transcripcional mediante la formación de regiones heterocromáticas. Las monometilaciones de H3K27, H3K9 y H4K20 están todas asociadas con la activación de genes. [14]
Implicaciones epigenéticas
La modificación postraduccional de las colas de histonas por complejos modificadores de histonas o complejos remodeladores de cromatina es interpretada por la célula y conduce a una salida transcripcional combinatoria compleja. Se cree que un código de histonas dicta la expresión de genes mediante una interacción compleja entre las histonas en una región en particular. [15] La comprensión e interpretación actual de las histonas proviene de dos proyectos a gran escala: ENCODE y la hoja de ruta Epigenomic. [16] El propósito del estudio epigenómico fue investigar los cambios epigenéticos en todo el genoma. Esto condujo a estados de cromatina que definen regiones genómicas agrupando las interacciones de diferentes proteínas y / o modificaciones de histonas. Los estados de cromatina se investigaron en células de Drosophila observando la ubicación de unión de proteínas en el genoma. El uso de la secuenciación de ChIP reveló regiones en el genoma caracterizadas por diferentes bandas. [17] También se perfilaron diferentes etapas de desarrollo en Drosophila, se hizo hincapié en la relevancia de la modificación de histonas. [18] Una mirada a los datos obtenidos condujo a la definición de estados de cromatina basados en modificaciones de histonas. [19] Se cartografiaron ciertas modificaciones y se observó que el enriquecimiento se localizaba en ciertas regiones genómicas. Se encontraron cinco modificaciones de histonas centrales, cada una de las cuales estaba vinculada a varias funciones celulares.
- Promotores H3K4me3
- H3K4me1 - potenciadores con imprimación
- H3K36me3 cuerpos -Gene
- Represión H3K27me3-polycomb
- H3K9me3 -heterochromatin
El genoma humano se anotó con estados de cromatina. Estos estados anotados se pueden utilizar como nuevas formas de anotar un genoma independientemente de la secuencia del genoma subyacente. Esta independencia de la secuencia de ADN refuerza la naturaleza epigenética de las modificaciones de histonas. Los estados de cromatina también son útiles para identificar elementos reguladores que no tienen una secuencia definida, como los potenciadores. Este nivel adicional de anotación permite una comprensión más profunda de la regulación de genes específicos de la célula. [20]
Significación clínica
Se cree que H3K27me3 está implicado en algunas enfermedades debido a su regulación como marca represiva.
Síndrome de Cohen-Gibson
El síndrome de Cohen-Gibson es un trastorno relacionado con el crecimiento excesivo y se caracteriza por rasgos faciales dismórficos y discapacidad intelectual variable. En algunos casos, una mutación sin sentido de novo en EED se asoció con niveles reducidos de H3K27me3 en comparación con el tipo salvaje. Esta disminución estuvo relacionada con la pérdida de actividad de PRC2. [21]
Trastornos del espectro
Existe evidencia que implica la regulación a la baja de la expresión de H3K27me3 junto con la expresión diferencial de H3K4me3 Y la metilación del ADN puede jugar un factor en el trastorno del espectro alcohólico fetal (FASD) en ratones C57BL / 6J. Se cree que este código de histonas afecta la vía asociada a los peroxisomas e induce la pérdida de los peroxisomas para mejorar el estrés oxidativo. [22]
Métodos
La marca de histona H3K27me3 se puede detectar de varias formas:
1. La secuenciación de inmunoprecipitación de cromatina (secuenciación de ChIP ) mide la cantidad de enriquecimiento de ADN una vez que se une a una proteína objetivo y se inmunoprecipita. Da como resultado una buena optimización y se utiliza in vivo para revelar la unión ADN-proteína que se produce en las células. ChIP-Seq se puede utilizar para identificar y cuantificar varios fragmentos de ADN para diferentes modificaciones de histonas a lo largo de una región genómica. [23]
2. La secuenciación de nucleasas microcócicas (MNase-seq) se usa para investigar regiones que están unidas por nucleosomas bien posicionados. El uso de la enzima nucleasa microcócica se emplea para identificar la posición de los nucleosomas. Se observa que los nucleosomas bien posicionados tienen un enriquecimiento de secuencias. [24]
3. El ensayo de secuenciación de cromatina accesible a transposasa ( ATAC-seq ) se utiliza para buscar regiones libres de nucleosomas (cromatina abierta). Utiliza transposón Tn5 hiperactivo para resaltar la localización del nucleosoma. [25] [26] [27]
Ver también
- Metilación de histonas
- Histona metiltransferasa
- SET específico de lisina que contiene dominio
- Metilisina
- JARID1B , una enzima que puede revertir la metilación
- Cromatina bivalente , en donde esta modificación represora se utiliza a menudo con el activador H3K4me3
Referencias
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