Посттрансляционные модификации белков, гистоновый код
1
Модификации ДНК, РНК и белков
Lecture plan
3
Chromatin structure and function
• Chromatin and cell state
• Nucleosome
2. Histone variants
• Classification: genomic organization, transcription, post-translation modifications
• H3 variants
• H2A variants
• Biological functions
3. Histone modifications
• „Histone Code“
• Lysine Acelycation
• Lysine methylation
• Regulation of early development by Polycomb proteins
• Histone modifications in cancer
4
ДНК - Метилирование цитозинов
DNA methylation primarily occurs at CpG dinucleotides
C
G
A
T
C
C
Модификации РНК
Adenine
Cytosine
Uracyl
Inosine
Модификации РНК
Пост-трансляционные модификации белков
Формулы аминокислот
Химическая структура белка
https://chem.libretexts.org/Courses/Athabasca_University/Chemistry_360%3A_Organic_Chemistry_II/Chapter_26%3A_Biomolecules%3A_Amino_Acids_Peptides_and_Proteins/26.01_Structures_of_Amino_Acids
На форсфорилировании белков основана передача сигнала в клетке
GPCR – особый тип рецепторов
Модификации белков маркируют их для деградации
Гистоновый код
Гистоновый код – химические основы
Гистоновый код – химические основы
Гистоновый год – названия меток
Что в химическом смысле означают метка H3K4me1, H3K36me, H3K36ac, H3K4me0?
Может ли на одной нуклеосоме находиться метки
H3K36me и H3K36ac
H3K36ac и H3K4me1
H3K4me1 и H3K4me3
H3K4me1 и H3K4ac
H3K4me1, H3K9ac, H3K14ac, H3K27me3, H3K36me3, H3K79me2, H4K12ac
?
Нуклеосома
https://en.wikipedia.org/wiki/Histone_H3
Nucleosomes are dynamic
19
Гистоновый год – биологические функции
21
HAT-ферменты регулируют экспрессию генов посредством двух основных механизмов:
(i) Нейтрализация зарядов гистонов, при которой N-концевые участки основных гистонов, в частности H3 и H4, являются основной областью, где HAT-ферменты ацетилируют остатки лизина. Нейтрализация положительного заряда лизина уменьшает взаимодействие между отрицательно заряженной ДНК и гистонами. В результате хроматин становится менее компактным, что делает ДНК доступной для факторов транскрипции и РНК-полимеразы II; и
(ii) Привлечение белков-ридеров хроматина, при котором ацетилированные лизины не только изменяют структуру хроматина, но и действуют как сайты связывания для белков, включающих бромодомены.
Эти белки дополнительно стимулируют ремоделирование хроматина, начало транскрипции и элонгацию, распознавая ацетильные метки.
Функциональные аспекты таких модификаций включают улучшенную доступность промоторов и энхансеров, что увеличивает связывание транскрипционного аппарата, а также поддержку транскрипционной элонгации и процессинга пре-мРНК. Такие шаги дополнительно координируются с другими модификациями гистонов, такими как метилирование и фосфорилирование, для изменения экспрессии гена
Domains binding to modifications
22
23
https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-019-1870-5
24
Li e. al. (2007) Cell
HM distribution
Проект ENCODE – каталог всех функциональных элементов в геноме человека (энхансеры, промотеры и тп)
Проект ENCODE – каталог всех функциональных элементов в геноме человека (энхансеры, промотеры и тп)
Проект ENCODE – каталог всех функциональных элементов в геноме человека (энхансеры, промотеры и тп)
Проект ENCODE – матрица со всеми экспериментами
Проект ENCODE – данные ChIP-seq (клеточные линии)
Проект ENCODE – данные ChIP-seq (первичные клетки и органы)
Проект ENCODE – визуализация через UCSC геномный браузер
Белки, которые пишут и стирают гистоновый код
В БД EpiFactors имеется информация про 69 белковых комплекса
(список не обновлялся несколько лет)
Где находятся инструкции о том где и что писать в эпигенетике?
Инструменты -- белковые комплексы, которые способны делать или убирать определенные эпигенетические модификации
Результат работы – наблюдаемые эпигенетические изменения/состояния в разных клетка организма
Инструкции? – кто указывает, что и где писать или стирать?
Длинные некодирующие РНК (lncRNA)
нкРНК MEG3 – образование триплексов
нкРНК MEG3 – образование триплексов
В технологии CRISPR также используется нкРНК (gRNA)
Технология ChIP-Seq
39
In construction of a sequencing library, the immunoprecipitated DNA is subjected to size selection (typically in the ~150–300 bp range), although there appears to be a bias toward shorter fragments in sequencing.
Литература
40
Bannister AJ, Kouzarides T. Regulation of chromatin by histone modifications. Cell Res. 2011 Mar;21(3):381-95. doi: 10.1038/cr.2011.22. Epub 2011 Feb 15. PMID: 21321607; PMCID: PMC3193420.
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3193420/
Metabolic regulation of gene expression through histone acylations. Sabari BR,
Zhang D, Allis CD, Zhao Y. Nat Rev Mol Cell Biol. 2017 Feb;18(2):90-101.