H3K9me2 es una modificación epigenética de la proteína de empaquetamiento de ADN Histona H3 . Es una marca que indica la di- metilación en el noveno lisina residuo de la proteína de histona H3. H3K9me2 está fuertemente asociado con la represión transcripcional . [1] [2] [3] Los niveles de H3K9me2 son más altos en genes silenciosos en comparación con los genes activos en una región de 10 kb que rodea el sitio de inicio de la transcripción. [4] H3K9me2 reprime la expresión génica de forma pasiva, al prohibir la acetilación [5] y, por lo tanto, la unión de la ARN polimerasa.o sus factores reguladores, y de forma activa, mediante el reclutamiento de represores transcripcionales. [6] [7] H3K9me2 también se ha encontrado en bloques de megabase, denominados dominios de cromatina K9 organizados grandes (LOCKS), que se encuentran principalmente en regiones con pocos genes pero que también abarcan intervalos genéticos e intergénicos . [8] [9] [10] [11] Su síntesis es catalizada por G9a , proteína similar a G9a y PRDM2 . [1] [3] [12] H3K9me2 puede eliminarse mediante una amplia gama de histonas lisina desmetilasas (KDM), incluidos los miembros de la familia KDM1, KDM3, KDM4 y KDM7. [13] [6]H3K9me2 es importante para varios procesos biológicos, incluido el compromiso del linaje celular , [10] [14] la reprogramación de células somáticas para inducir células madre pluripotentes , [15] la regulación de la respuesta inflamatoria , [16] [17] y la adicción al consumo de drogas. [2] [18] [19] [20]
Nomenclatura
H3K9me2 indica dimetilación de lisina 9 en la subunidad de la proteína histona H3: [21]
Abbr. | Significado |
H3 | Familia de histonas H3 |
K | abreviatura estándar de lisina |
9 | posición del residuo de aminoácido (contando desde el extremo N) |
me | grupo metilo |
2 | número de grupos metilo añadidos |
Metilación de lisina
Este diagrama muestra la metilación progresiva de un residuo de lisina. La di-metilación denota la metilación presente en H3K9me2.
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 aproximadamente 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 H3K9me2. [22] [23]
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. [24] La comprensión e interpretación actuales de las histonas proviene de dos proyectos a gran escala: ENCODE y la hoja de ruta Epigenómica. [25] 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 por inmunoprecipitación de cromatina (ChIP) reveló regiones en el genoma caracterizadas por diferentes bandas. [26] También se perfilaron diferentes etapas de desarrollo en Drosophila, se hizo hincapié en la relevancia de la modificación de histonas. [27] Una mirada a los datos obtenidos condujo a la definición de estados de cromatina basados en modificaciones de histonas. [28] 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.
- H3K4me3 - promotores
- H3K4me1 - potenciadores con imprimación
- H3K36me3 cuerpos -Gene
- H3K27me3 - represión polycomb
- H3K9me3- heterocromatina
- H3K9me2- heterocromatina facultativa
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. [29]
Significación clínica
Adiccion
La exposición crónica a drogas adictivas da como resultado la represión de G9a mediada por ΔFosB y una reducción de la dimetilación de H3K9 en el núcleo accumbens , lo que a su vez provoca arborización dendrítica , expresión de proteínas sinápticas alterada y mayor comportamiento de búsqueda de drogas. [2] [18] En contraste, la hiperexpresión de G9a accumbal da como resultado un aumento notable de la dimetilación de H3K9 y bloquea la inducción de esta plasticidad neuronal y conductual por el uso crónico de drogas, [2] [19] [20] [30] que se produce a través de H3K9me2 represión mediada por factores de transcripción para la represión mediada por ΔFosB y H3K9me2 de varias dianas transcripcionales de ΔFosB (por ejemplo, CDK5 ). [2] [18] [19] Debido a la participación de H3K9me2 en estos circuitos de retroalimentación y al papel fisiopatológico central de la sobreexpresión de ΔFosB como desencadenante mecánico de la adicción , [2] [31] la reducción de H3K9me2 accumbal después de la exposición repetida al fármaco directamente media el desarrollo de adicciones a las drogas. [18] [19]
Ataxia de Friedreich
Los bucles R se encuentran con la marca H3K9me2 en FXN en las células de ataxia de Friedreich . [32]
Enfermedad cardiovascular
H3K9me2 está presente en un subconjunto de promotores de genes asociados a enfermedades cardiovasculares en células de músculo liso vascular [16] para bloquear la unión de factores de transcripción NFκB y AP-1 (proteína activadora-1) . [16] Se han observado niveles reducidos de H3K9me2 en células de músculo liso vascular de lesiones ateroscleróticas humanas en comparación con tejido aórtico sano en pacientes. [33] Las células de músculo liso vascular de pacientes diabéticos muestran niveles reducidos de H3K9me2 en comparación con los controles no diabéticos; por lo tanto, se ha sugerido que la desregulación de H3K9me2 podría ser la base de las complicaciones vasculares asociadas con la diabetes. [34] [35] La pérdida de H3K9me2 en las células del músculo liso vascular exacerba la regulación positiva de un subconjunto de genes asociados a enfermedades cardiovasculares en modelos de enfermedades vasculares. [16] [34] [36]
Métodos
Las modificaciones de histonas, incluida la H3K9me2, se pueden detectar mediante una variedad de métodos:
- 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. [37]
- CORTAR Y EJECUTAR (Escisión debajo de los objetivos y liberación mediante nucleasa). En CUT & RUN, los complejos de ADN-proteína dirigidos se aíslan directamente del núcleo celular en lugar de seguir un paso de precipitación. Para realizar CUT & RUN, se agrega un anticuerpo específico a la proteína de unión al ADN de interés y ProtA-MNasa a las células permeabilizadas. La MNasa se une a la proteína de interés a través de la interacción ProtA-anticuerpo y la MNasa escinde el ADN desprotegido circundante para liberar complejos proteína-ADN, que luego pueden aislarse y secuenciarse. [38] [39] Se informa que CUT & RUN proporciona una relación señal / ruido mucho más alta en comparación con el chip tradicional. Por lo tanto, CUT & RUN requiere una décima parte de la profundidad de secuenciación de ChIP y permite el mapeo genómico de modificaciones de histonas y factores de transcripción utilizando números de células extremadamente bajos. [40] [38] [39]
- Sondas de anticuerpos intracelulares específicas de modificación. Se pueden usar sondas de anticuerpos intracelulares (cuerpo de menta) sensibles a la modificación de histonas codificadas genéticamente, fluorescentes, sensibles, para monitorizar cambios en las modificaciones de histonas en células vivas. [41]
Ver también
- Metilación de histonas
- Histona metiltransferasa
- Metilisina
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