Informație

Întrebări generale de îmbunătățire (modele de metilare, etc.)


Am o (ele) întrebare (e) biologică (e) pentru implicarea potențialilor.

1.) Îmbunătățitorii funcționează fiind site-urile de legare pentru TF. Dar cum crește acest lucru transcrierea? (Mai ales atunci când potențatorii pot fi extrem de departe de gena pe care o controlează.)

2.) Potențialii pot deveni metilați. Când o fac, aceasta împiedică de obicei legarea factorilor de transcripție? Și dacă previne legarea, cum afectează acest lucru rolul TF și expresia genei.

EDIT: Iată ce am găsit.

Se pare că potențatorii pot fi departe de gena pe care acționează, dar legarea TF prin intermediul domeniului lor de legare a ADN-ului poate provoca ansamblul ADN-ului pentru a-i ajuta să ajungă la regiunea promotoră a genei de interes. Astfel, creșterea ratei de exprimare a genei.

Pe revers, metilarea poate fi văzută uneori că acționează ca o reducere a expresiei genelor. Deci, dacă regiunea noastră amplificatoare este metilată, acest lucru poate împiedica legarea TF și amplificatorul să crească expresia genelor.

BONUS: Metilarea în promotori poate provoca, de asemenea, reducerea silențierii prin prevenirea ARN polimerazei II, iar proteinele necesare (ect) să poarte transcripția.

Dacă cineva vrea să adauge (sau să corecteze ceva, anunțați-mă!)


Acest subiect este de fapt atât complicat, cât și incomplet înțeles. De exemplu, există dovezi că unii potențatori nu duc deloc la bucle - în schimb, influența lor se deplasează de-a lungul cromatinei către un promotor din apropiere.

Vă puteți gândi la potențatori ca fiind zone de stadializare în care sunt asamblate complexe proteice care promovează transcrierea. În unele cazuri, amplificatorii sunt locul în care complexul ARN polimerază este legat mai întâi.

Când se formează bucle, acest lucru permite proteinelor de la un amplificator să interacționeze direct cu locul de pornire transcripțional.

Cred că veți găsi această recenzie din 2015 ca o introducere utilă.1


În ceea ce privește metilarea (care poate ar fi mai bine ca o întrebare separată), este în general adevărat că metilarea acționează pentru a reduce legarea factorului de transcripție și astfel scade transcripția.2

Cu toate acestea, această tendință generală maschează unele dinamici mai complexe.3


Referințe:

1: Pennacchio, L. A., Bickmore, W., Dean, A., Nobrega, M. A. și Bejerano, G. (2013). Îmbunătățitori: cinci întrebări esențiale. Nature Review Genetics, 14(4), 288.

2: Lea, A. J., Vockley, C. M., Johnston, R. A., Del Carpio, C. A., Barreiro, L. B., Reddy, T. E. și Tung, J. (2018). Cuantificarea la nivelul genomului a efectelor metilării ADN-ului asupra reglării genelor umane. ELife, 7, e37513.

3: Sharifi-Zarchi, A., Gerovska, D., Adachi, K., Totonchi, M., Pezeshk, H., Taft, R. J., ... & Araúzo-Bravo, M. J. (2017). Metilarea ADN-ului reglează discriminarea amplificatorilor de la promotori printr-un mecanism de balansoar H3K4me1-H3K4me3. Genomică BMC, 18(1), 964.


AP Bio Capitolul 14 Întrebări de studiu

Care dintre următoarele este o explicație probabilă pentru lipsa expresiei transgenice în cea de-a cincea linie celulară?

Dintre liniile care exprimă transgenul, unul este transcris, dar nu tradus. Care dintre următoarele este o explicație probabilă?

Într-un set de experimente a reușit să scadă metilarea cozilor de histone. Care dintre următoarele rezultate ar vedea cel mai probabil?

Unul dintre colegii ei i-a sugerat să încerce metilarea crescută a nucleotidelor C într-un sistem de mamifere. Care dintre următoarele rezultate ar vedea cel mai probabil?

Într-un set de experimente care utilizează această procedură în Drosophila, ea a reușit cu ușurință în creșterea fosforilării aminoacizilor adiacenți aminoacizilor metilați din cozile histonice. Care dintre următoarele rezultate ar vedea cel mai probabil?

În plus, ea găsește ce alte dovezi ale activității acestei piese de ARN monocatenar?


Fundal

Diferențierea cu succes a zigotilor în diferite tipuri de celule care alcătuiesc un organism multicelular complex necesită flexibilitate pentru a răspunde la indicii de mediu, dar și un control strict al expresiei genelor în timpul proceselor de dezvoltare. Reglarea expresiei genelor, printre altele, depinde de o rețea complexă de factori de transcripție specifici secvenței (TF), precum și de factori proteici care pot citi sau scrie modificări ale cromatinei [1, 2]. În plus, reglarea expresiei genelor depinde de informațiile genetice codificate în interior cis-regiuni de reglementare, cum ar fi promotorii transcripționali și potențatori, care conțin mai multe situri de legare a TF și prezintă caracteristici ADN și cromatină particulare [3]. În ultimul deceniu, abordările la nivelul genomului la animale au identificat mii de potențatori (vezi de exemplu [4]). Se știe că mutațiile la potențatori cauzează defecte de dezvoltare, cancer sau alte boli [5,6,7,8], subliniind rolul crucial al potențatorilor în reglarea expresiei genelor. Identificarea amplificatorului la nivel de genom la randament ridicat la speciile de plante a început abia recent și doar un număr mic de potențatori au fost studiați cu atenție la speciile de plante [9, 10], inclusiv potențatori pentru rapel1 (b1) [11, 12], teosinte ramificat1 (tb1) [13, 14], culoarea pericarpului1 (p1) [15] la porumb, Blocul C pentru LOCUL FLORIT T în Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) [16, 17] și potențatori pentru clorofilă a / b-gena proteinei de legare AB80 și mazăre plastocianină genă în Pisum sativum [18, 19]. Până în prezent, puține abordări pentru identificarea întregului genom cis-au fost raportate secvențe reglatoare în plante, adică în Arabidopsis, Oryza sativa (orez) și porumb [20,21,22]. Deși mai multe studii efectuate pe plante au raportat profiluri la nivelul genomului pentru diferite caracteristici ale cromatinei, doar unul, în Arabidopsis, a vizat descoperirea amplificatorilor [20].

Amplificatorii pot fi localizați în amonte sau în aval de genele lor țintă și pot interacționa fizic cu genele lor țintă pentru a regla expresia genelor [23, 24]. Sunt de obicei secvențe scurte de ADN de 50-1000 bps care sunt legate de TF și caracterizate printr-o structură de cromatină accesibilă, mai ales atunci când sunt implicate activ în reglarea expresiei genelor [25, 26]. Pe baza studiilor extinse la animale, potențatorii activi sunt asociați cu metilare scăzută a ADN-ului și modificări ale histonelor, cum ar fi acetilarea lizinelor 9, 14 și 27 a histonei H3 (H3K9ac, H3K14ac și H3K27ac) [27,28,29,30]. Mono-metilarea lizinei 4 a histonei H3 (H3K4me1) este îmbogățită la potențatori indiferent de activitatea lor [27, 28]. S-a raportat că metilarea scăzută a ADN-ului se corelează pozitiv cu activitatea amplificatorului și, de asemenea, este utilizată pentru a prezice potențiatori [29, 31]. Deși sunt disponibile date limitate în prezent, au fost observate caracteristici similare ale ADN-ului și ale cromatinei la amplificatorii de plante cunoscuți, indicând faptul că aceste mărci pot, cel puțin parțial, să fie conservate între animale și plante [9].

O altă caracteristică raportată pentru amelioratorii animalelor este transcrierea bidirecțională, producând așa-numitul ARN amplificator (eARN). Nivelurile de expresie ale ARN-ului se corelează pozitiv cu nivelurile de expresie a genei amplificatoare țintă [4, 32], ceea ce poate ajuta la legarea amplificatorilor la genele lor țintă. Funcția eRNA-urilor nu este încă clară, dar unele dintre ele au fost raportate că joacă un rol în recrutarea TF-urilor către potențatori sau în formarea interacțiunilor potențator-promotor [33, 34].

Scopul acestui studiu a fost identificarea la nivelul genomului a potențatorilor intergenici activi la porumb și găsirea genelor lor țintă cele mai probabile prin integrarea trăsăturilor specifice cromatinei tisulare și a nivelurilor diferențiale de exprimare a genelor. Pentru a face acest lucru, am identificat regiuni cu niveluri scăzute de metilare a ADN-ului folosind date publicate de secvențiere a bisulfitului (BS-seq) [35] și am măsurat accesibilitatea cromatinei utilizând DNase-seq, acetilarea H3K9 utilizând secvențierea cu imunoprecipitare a cromatinei (ChIP-seq) și expresia diferențială utilizând Secvențierea ARN (ARN-seq) în țesutul stem intern din stadiul V2 (V2-IST) și în țesutul cojii. Am identificat aproximativ 1500 de candidați potențiali intergenici și am definit specificitatea țesuturilor pe baza prezenței sau absenței hipersensibilității DNase I și a semnalelor de îmbogățire H3K9ac. Conducta noastră a fost validată prin detectarea a trei potențatori identificați anterior (putativi), reglând expresia b1, bx1 și tb1.


Provocarea 1

Delimitarea componentelor cronologice și biologice ale ceasurilor de metilare a ADN-ului

Cunostinte actuale

Ceasurile epigenetice derivate din metilarea ADN sunt în prezent mai bune în estimarea vârstei cronologice reale decât datele transcriptomice și proteomice sau lungimea telomerilor [7]. Cu toate acestea, s-a recunoscut că exista o anumită variabilitate în estimarea vârstei acestor ceasuri inițiale, care a fost identificată ca o măsură care captează variația individuală a vârstei biologice. Accelerarea vârstei, definită ca diferența dintre această vârstă măsurată epigenetic și vârsta cronologică reală, a fost asociată cu mortalitatea [26] și alte fenotipuri sau boli legate de vârstă [32,33,34,35,36,37,38,39] .

Dintre primele ceasuri raportate, Hannum și colab. ceasul a fost antrenat și testat pe ADN derivat din sânge [23]. Acesta cuprinde 71 CpG selectat din matricea Illumina 450k care surprinde puternic modificările vârstei cronologice, care este parțial determinată de schimbările legate de vârstă ale compoziției celulelor sanguine [23]. Ceasul Horvath a fost construit pe mai multe țesuturi, inclusiv datele sanguine de la Hannum și colab., Ca un potențial ceas maestru „pan-tisular” de vârstă cronologică și s-a axat pe captarea schimbărilor comune, independent de tipul de țesut [24]. Acesta a inclus 353 CpG-uri care erau prezente pe generația anterioară Illumina 27k. Aceste diferențe în seturile de instruire au condus la unele constatări contradictorii între asociațiile raportate [7, 29, 40].

Îmbătrânirea duce la modificări epigenetice, inclusiv modificări ale metilării ADN-ului, atât prin mecanisme multiple distincte, cât și prin intersecții legate de vârstă [6, 41]. Multe ceasuri de îmbătrânire a metilării ADN-ului au fost acum derivate și, datorită punctelor tari și punctelor slabe ale acestora, trebuie făcută referire explicită la ceasul specific utilizat (a se vedea mai departe în „Provocarea 2”). Variația epigenetică legată de vârstă poate fi împărțită mai întâi în aspecte intrinseci sau intracelulare și extrinseci sau, în general, în interiorul țesuturilor și externe ale procesului de îmbătrânire [27]. Primul este o citire surogat a mai multor procese celulare și genomice, incluzând posibila deteriorare a mecanismelor implicate în menținerea epigenomului, în timp ce acesta din urmă include modificări ale proporției celulare legate de vârstă într-un țesut. În timp ce aceste prime ceasuri sunt markeri care surprind aceste efecte într-o măsură mai mare sau mai mică [42], ambele pot prevedea mortalitatea din toate cauzele la o populație, dar nu la nivel individual, chiar și după corectarea factorilor de risc cunoscuți [27]. Pentru a investiga mai direct vârsta biologică, ceasurile au fost instruite și asupra fenotipurilor legate de vârstă și de boală în combinație cu vârsta cronologică, cum ar fi ceasul de metilare ADN „PhenoAge” care încorporează nouă măsuri biochimice legate de vârstă [43]. Se observă că fumatul de țigări, un factor semnificativ legat de boală, determină puternic modificările predictive ale metilării ADN asociate mortalității [44]. Cu toate acestea, aceste modificări de metilare legate de tutun nu influențează Horvath sau Hannum și colab. ceasuri, dar sunt capturate în „PhenoAge” [9]. De remarcat, un ceas de metilare ADN predictiv foarte recent construit, denumit „GrimAge”, încorporează direct modificările legate de fumat printr-o estimare a fumatului „pachet-ani”. Acest ceas include, de asemenea, anumite niveluri de proteine ​​plasmatice estimate prin metilarea ADN-ului, ceea ce duce la o predicție și mai puternică atât a duratei vieții, cât și a duratei de sănătate [45].

Incertitudine curentă

Primele ceasuri de metilare ADN concepute s-au dovedit a fi utile pentru estimarea vârstei reale, precum și pentru captarea asociațiilor cu aspectele biologice ale îmbătrânirii. Datele colectate de la aceste ceasuri timpurii pot fi încă exploatate atât pentru aceste măsuri cronologice, cât și biologice. Cu toate acestea, acum această dualitate a fost recunoscută, putem încerca să ne îmbunătățim evaluarea acestor două caracteristici. Ceasurile specializate ar putea fi mai puternice pentru o predicție exactă a vârstei sau pentru a surprinde deteriorarea funcțională biologică specifică legată de îmbătrânirea sau predicțiile legate de boală [45]. În prezent, nu se cunoaște cât de departe pot fi separate aceste două utilizări distincte în ceasuri discrete și îmbunătățite pentru rolul lor specific. Cu toate acestea, în mod clar, dacă măsurarea ceasului de metilare a ADN-ului pentru vârsta reală a fost perfectă, pierderea oricărei variabilități elimină fereastra în care se pot face asociații de îmbătrânire biologică [46]. Calculele empirice estimează că determinarea vârstei medico-legale aproape perfectă poate fi posibilă cu o dimensiune suficient de mare a eșantionului, chiar și cu platformele actuale ale matricei de metilare a ADN-ului (vezi Fig. 1a) [46], deși această viziune derivată statistic că ceasurile cronologice pot aborda o precizie extremă nu este ținut de toți în domeniu.

A Eroare cronologică de estimare a vârstei. Odată cu creșterea dimensiunii eșantionului de antrenament, este de așteptat o măsurare îmbunătățită a vârstei cronologice, chiar și folosind datele matrice actuale (adaptate de la Zhang și colab. [46]). y-axa: eroare pătrată medie rădăcină (RMSE) a vârstei prezise. b Ceasurile de metilare ADN conțin atât informații cronologice, cât și biologice. Proporțiile relative ale fiecăruia vor depinde de sondele CpG utilizate în construcția ceasului. Prin urmare, există mai multe ceasuri care pot fi deconvoluite de la modificările epigenetice legate de îmbătrânire. Pentru a merge mai departe, trebuie definite și separate ceasuri cronologice (de vârstă criminalistică) și biologice mai precise, specifice pentru anumite boli, informative despre starea de sănătate sau starea bolii. c Traiectoria epigenetică a vârstei. Vârsta epigenetică nu este liniară pe parcursul vieții. Vârsta cronologică în ani (X-axis) și vârsta epigenetică în ani (y-axă)

Fiecare ceas de metilare a ADN-ului construit este unic pentru metoda sa de calibrare [47], indicând importanța țesuturilor utilizate, numărul de probe și metodologia statistică. În mod clar, dimensiunile mici ale eșantionului sunt mai susceptibile la confuzii multiple legate de îmbătrânire, erori de măsurare și predicții statistice imperfecte. Chiar și atunci când ceasurile sunt instruite direct pe vârsta cronologică reală, influența puternică a proceselor biologice legate de vârstă poate distorsiona CpG-urile selectate pentru ceas, subliniind importanța unei populații adecvate de donatori de eșantion. Mai mult, după cum sa discutat în „Provocarea 3”, Zhang și colab. a evidențiat recent impactul nu numai al mărimii eșantionului, ci și al corecției tipului de celule, în ADN-ul heterogen derivat din tipul celulei, asupra îmbunătățirii predicției cronologice a vârstei [46].

Pentru ceasurile „biologice”, o altă zonă evidentă de incertitudine este că nu există o singură măsură sau „standard de aur” al îmbătrânirii biologice [6, 7, 41, 48]. Acest fenomen cuprinde o gamă largă de modificări asociate vârstei, de la cele vizibile la cele legate de riscul bolii. Pentru a înțelege cum îmbătrânirea poate fi caracterizată de modificări epigenetice cronologice și biologice legate de vârstă, avem nevoie de o înțelegere mai detaliată a mecanismelor care pot sta la baza acestor observații. Nu există dovezi că Horvath sau Hannum și colab. CpG-urile de ceas sunt îmbogățite pentru funcționalitate dincolo de matricele axate pe promotor din care au fost construite. Mai mult, ceasurile au arătat variabilitate în capacitatea lor de a capta măsuri de vârstă mitotică, cum ar fi lungimea telomerilor [9, 49], datorită diferitelor modele de antrenament. În general, îmbătrânirea epigenetică este distinctă de îmbătrânirea mediată de senescență și nu este prevenită de expresia telomerazei [50,51,52]. Un ceas recent al telomerilor de metilare a ADN-ului a identificat că, deși acest ceas a fost antrenat pe lungimea telomerilor, acesta reflecta mai puternic replicarea celulară și, în plus, s-a asociat cu fenotipurile legate de îmbătrânire mai puternic decât lungimea telomerilor [53].

Experimente și recomandări viitoare

Înțelegerea factorilor cronologici și biologici ai acestor ceasuri de metilare a ADN-ului va necesita să fie deranjați cât mai mult posibil (vezi Fig. 1b). Separarea clară dintre acești doi factori, până la seturi specifice de CpG, ar duce la ceasuri specializate mai puternice și la studii mecaniciste distincte.

Pentru a obține cea mai precisă estimare a vârstei reale și cuantificarea robusteții sale de la ADN ușor de evaluat necesită analize de metilare a ADN-ului pe scară largă, alimentate corespunzător. Acest lucru este valabil mai ales dacă această măsură trebuie utilizată ca măsură legală de vârstă umană [54,55,56,57]. Vor fi necesare teste pe toată gama de probe de ADN colectate în mod obișnuit, cum ar fi cele colectate din sânge periferic sau tampoane bucale, dar și alte surse de ADN, cum ar fi rădăcina părului, pielea și alte țesuturi. Cu toate acestea, acest lucru este probabil în prezent doar tratabil în datele derivate din sângele periferic, deoarece acestea sunt disponibile la scară largă. Pentru celelalte țesuturi, abordarea este probabil să fie insuficient alimentată în viitorul intermediar. CpG-uri specifice vor fi selectate pentru a construi ceasuri pentru estimarea de vârstă criminalistică de înaltă precizie, atunci când vârsta cronologică nu este cunoscută sau contestată. Ei vor folosi acele CpG care sunt cele mai robuste și mai precise pentru anumite țesuturi și tipurile lor de celule constitutive [58]. Va trebui să definim influența variației genetice și a factorilor de mediu asupra acestor măsuri. Acumularea acestor cunoștințe despre diferitele ceasuri de metilare a ADN-ului va ghida viitoarea lor aplicare legală sau criminalistică [59].

Componenta de îmbătrânire biologică capturată de accelerarea epigenetică a vârstei constă dintr-o gamă largă de factori, incluzând țesutul specific, patologia îmbătrânirii celulare, deteriorarea stocastică și factorii legați de boală. După cum sa menționat, nu există o singură măsură a vârstei biologice, prin urmare, componentele specifice ale biologiei îmbătrânirii ar trebui să fie concentrate și interogate. Aceasta include căile biologice legate de îmbătrânire care implică, de exemplu, mTOR, IGF-1 și p53 [6], precum și aspecte epigenomice, inclusiv complexul represiv policomb, nivelurile TET / DNMT și metilarea H3K36 [60, 61] (vezi Tabelul 1). Această analiză rafinată ar putea aduce noi perspective mecanice moleculare procesului de îmbătrânire.

Ceasurile specifice țesuturilor au potențialul de a fi extrem de utile din punct de vedere clinic ca markeri prognostici și diagnostici ai bolii, așa cum este discutat în următoarea „Provocare 2.” Cu toate acestea, nu ar trebui să uităm de perspectivele potențial interesante despre biologia îmbătrânirii care ar putea fi identificate prin modificări care apar în toate tipurile de țesuturi ale corpului sau prin modificări pan-tisulare [62]. Candidații superiori puternici pentru modificările pan-tisulare identificate până în prezent ar trebui să fie evaluați în continuare, cum ar fi hipermetilarea ADN-ului în ELOVL2, precum și căutarea unor noi semne de cromatină legate de îmbătrânire. Pentru a confirma orice consistență a modificărilor între tipurile de țesuturi va necesita în cele din urmă o evaluare pe scară largă și detaliată a tipurilor de celule unice în timp.Aceste puncte, împreună cu diferențierea efectelor variației bazate pe compoziția tipului de celulă în metilarea ADN-ului, sunt discutate mai detaliat în „Provocarea 3” și „Provocarea 5” și toate vor contribui semnificativ la o mai bună acuratețe și înțelegere a măsurilor legate de ceas.


Metilarea H3K4 asociată cu potențatorul garantează competența in vitro a liniei germinale

Tore Bleckwehl, Giuliano Crispatzu, Kaitlin Schaaf, Patricia Respuela, Michaela Bartusel, Laura Benson, Stephen J. Clark, Kristel M. Dorighi, Antonio Barral, Magdalena Laugsch, Wilfred FJ van IJcken, Miguel Manzanares, Joanna Wysocka, Wolf Reik, Álvaro Rada -Iglesias

H3K4me1 menține ușile amplificatorului deschise în timpul dezvoltării mamiferelor pentru reactivare?

Context 1-3

Îmbunătățirile sunt cruciale cis-elemente de reglare care sincronizează expresia genelor spatiotemporale în timpul dezvoltării prin retransmiterea semnalelor celulare. Amplificatorii sunt codificați epigenetic prin H3K4me1 (histonă 3 lizină 4 mono-metilare) și H3K27ac (histonă 3 lizină 27 acetilare) care sunt adesea asociați cu legarea factorilor de transcripție (TF), activitatea ARN polimerazei II (RNAPII) și expresia genei active.

Cu toate acestea, ca orice alt proces de viață, reglarea amplificatorului nu este alb-negru. De exemplu, lipsa H3K4me1 la potențatori nu pare să aibă un impact asupra ocupării RNAPII și expresiei genelor sau asupra nivelurilor H3K27ac. Prin urmare, H3K4me1 și H3K27ac pot fi dispensabile pentru funcția amplificatorului și expresia genei, deși utile ca markeri epigenetici pentru identificarea amplificatorilor. De asemenea, unii potențatori dezafectați (punctați prin niveluri suboptime de H3K27ac, TF și RNAPII) în macrofage diferențiate păstrează încă H3K4me1, posibil pregătit pentru reactivare la apariția semnalelor specifice. Prin urmare, dezafectarea amplificatorului poate fi parțială în timpul dezvoltării. Pe baza acestui fapt, autorii preimprimării actuale au investigat rolul H3K4me1 și reglarea mediată de amplificator a expresiei genelor în timpul dezvoltării mamiferelor.

Descoperiri cheie

  1. În această lucrare, autorii au folosit o metodă bine stabilită in vitro sistemul de diferențiere a celulelor germinale primordiale (PGC) pentru a dezlega rolul H3K4me1 și al potențiatorilor în timpul dezvoltării. Folosind condiții de cultură definite, au diferențiat celulele stem embrionare (ESC, naive) pentru a germina celulele similare epiblast competente (EpiLC), celulele similare PGC (PGCLC) și celulele stem epiblast incompetente ale liniei germinale (EpiSC) (Fig 1a). În timp ce EpiLC se poate diferenția în continuare de PGCLC în corpurile embrionare (EB), EpiSC nu poate. Măsurând expresia genei (folosind ARN-seq cu o singură celulă și un grup de celule), au definit profiluri de expresie genică specifice etapelor coroborând cu seturi de date publicate anterior. Au descoperit că ESC și PGCLC au manifestat profiluri similare de expresie genetică, care au fost tăcute în EpiLC și EpiSC (Fig. 1b). Astfel, în mai multe etape ale diferențierii PGCLC, genele care sunt reduse la tăcere în EpiLC ar putea fi reactivate în PGCLC.Figura 1: (a) Reprezentarea schematică a sistemului de diferențiere in vitro PGCLC și localizarea in vivo a PGC la capătul proximal-posterior al unui embrion de șoarece. (b) date ARN-seq unicelulare colectate în diferite etape ale diferențierii PGCLC in vitro. Hărți termice care arată distribuția la nivelul genomului H3K27ac (c), H3K4me1 (d) și mCpG (e) în diferite etape ale diferențierii PGCLC in vitro.

Concluzie și perspectivă

Autorii propun un model în care H3K4me1 s-ar putea să nu fie necesar pentru activitatea de amplificare, dar oferă o platformă de cromatină care facilitează expresia genelor specifice etapei și celulelor. Ei sugerează că H3K4me1 ar putea îndepărta heterocromatinizarea la elementele amplificatoare și ar promova (re) activarea transcripției la apariția semnalelor celulare relevante (aici în timpul dezvoltării PGCLC). Acest lucru ar putea explica dezafectarea parțială a amplificatorilor în timpul diferențierii în dezvoltarea embrionară a mamiferelor. Modul în care o combinație de semne epigenetice active și inactive la amplificator are impact asupra diferitelor etape de dezvoltare a mamiferelor rămâne deschisă pentru cercetările viitoare.

Figura 3: Model propus în această preimprimare care ilustrează dezafectarea parțială a amplificatorilor PGCLC în timpul diferențierii PGCLC și relevanța sa pentru competența liniei germinale.

Mulțumiri

Mulțumim lui Tore Bleckwehl și Álvaro Rada-Iglesias pentru comentariile lor perspicace despre această lumină prealabilă. Mulțumim tuturor autorilor acestei preimprimări pentru sprijin.

Toate cifrele utilizate în această lumină prealabilă sunt preluate direct de la Bleckwehl T et. al., 2021 sub o licență internațională CC BY-NC-ND 4.0.

Postat pe: 13 mai 2021, actualizat pe: 17 mai 2021

Imparte asta:

Citiți preimprimarea (Nu există evaluări încă)

Tore Bleckwehl (TB) și Álvaro Rada-Iglesias (ARI) au distribuit

1. Autorii au evaluat semnele de amplificare în celulele NANOG și PRDM14 supra-exprimate. Autorii au evaluat H3K4me1 și modificările expresiei genelor în aceste celule?

TB și ARI: intensificatorii PGCLC sunt strâns legați de NANOG și PRDM14 în EpiLC competente pentru linia germinativă, dar nu EpiSC. Acest lucru indică faptul că amplificatorii PGCLC sunt mai accesibile în EpiLC. Când am efectuat aceleași experimente pentru modificările active ale histonelor H3K4me2 și H3K27ac, am constatat o creștere a ambelor modificări. Prin urmare, am concluzionat că amplificatorii PGCLC sunt, de asemenea, mai receptivi în EpiLC. Cu toate acestea, nu am evaluat H3K4me1 în experimentele de supraexprimare, parțial pentru că această modificare a histonelor a fost deja mai mare în EpiLC decât în ​​EpiSC în condiții normale.

2. Autorii intenționează să utilizeze profilurile ARN Polimerază II ChIP-seq pentru a se corela cu activitatea amplificatorului?

TB și ARI: Am analizat profilurile publice de ARN Polimerază II ChIP-seq pentru diferențiere și am găsit o corelație pozitivă cu activitatea amplificatoare care seamănă cu dinamica H3K27ac în timpul diferențierii ESC în EpiLC și EpiSC. Cu toate acestea, având în vedere cantitatea de date genomice deja, am decis să nu le includem în manuscris.

3. Este foarte interesant faptul că celulele mutante MLL3 / 4 nu manifestă modificări ale transcripției, chiar dacă modelele H3K4me1 sunt puternic contestate. Cum au în vedere autorii că H3K4me1 are impact asupra procesului de diferențiere în ciuda lipsei modificărilor transcripționale? Ar fi minunat să auzim perspectiva autorilor în acest sens.

TB și ARI: Acest lucru este într-adevăr foarte interesant. Am arătat că în ESC și după diferențierea la EpiLC și EpiSC, absența H3K4me1 pare să aibă un efect destul de minor asupra expresiei genice. Pe de altă parte, am arătat că pierderea H3K4me1 a afectat inducția corectă a PGCLC măsurată de FACS și ARN-celulă unic și a redus, de asemenea, inducerea genelor asociate cu potențatori PGCLC. Pe baza datelor noastre actuale, propunem că H3K4me1 ar putea facilita reactivarea amplificatorilor activi anterior, făcându-i mai accesibili și mai receptivi la activatorii de transcripție în timpul stării germinale competente. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a investiga importanța H3K4me1 în diferite contexte celulare și pentru a explora dacă H3K4me1 ar putea contribui la funcția de amplificare prin mecanisme suplimentare (de exemplu, arhitectura 3D a cromatinei).

4. Ce părere au autorii despre dezafectarea heterogenă a amplificatorului în in vivo date? Autorii prezic dacă acest lucru se datorează unei multitudini de semnale celulare prezente in vivo?

TB și ARI: Aceasta este o altă întrebare interesantă. Lucrările din alte laboratoare au arătat că diferențierea asincronă de celulele pluripotente și / sau oscilațiile la nivelul genomului în nivelurile de metilare CpG poate contribui la eterogenitatea metilării CpG, care ar putea fi legată de semnalele multiple și opuse cu care se confruntă embrionul la implantare. Presupunând că metilarea CpG în cadrul amplificatorilor este corelată negativ cu competența liniei germinale, am putea imagina că eterogenitatea epigenetică din amplificatori ar putea facilita diversitatea tranzițiilor celulare. De exemplu, această eterogenitate ar putea asigura că, în timpul fazei de competență a liniei germinale, unele celule epiblast ar putea prezenta metilație CpG mai mică în amplificatorii PGCLC și ar putea fi deosebit de receptivi la semnalele inductive ale liniei germinale. Prin urmare, această eterogenitate ar putea asigura că doar un număr limitat de celule epiblastice dau naștere la PGC.


Concluzii

În această lucrare, am efectuat o analiză sistematică a dinamicii metilării ADN-ului asociată cu cancerul și îmbătrânirea în țesutul cerebral la om și șoarece. Am folosit RRBS ca o platformă care ne-a permis să profilăm locații genomice comparabile la ambele specii. Cu această strategie, am confirmat mai întâi, în sistemul nostru de studiu, paralelismele din modelele de metilare a ADN-ului de bază între om și șoarece. Ulterior, am explorat modificările asociate cu cancerul și îmbătrânirea la ambele specii. Analizele noastre au arătat că există diferențe considerabile în caracteristicile genomice și epigenomice ale modificărilor metilării ADN-ului în cancer și îmbătrânire și că caracteristicile particulare ale modificărilor găsite pentru fiecare proces sunt conservate la nivel global la om și la șoarece (vezi fig. Suplimentară S17, Material suplimentar online, pentru o schiță grafică a principalelor constatări). Am găsit paralelisme specifice la nivelul locațiilor lor genomice și amploarea modificărilor, căile genetice implicate, contextul cromatinei modificărilor, familiile de elemente repetitive de ADN afectate și alterarea siturilor de reglare a TF, printre altele. Interesant, am observat că modificările asociate îmbătrânirii, în general, par să aibă un impact asupra căilor genetice funcționale mai specifice la șoarece decât la om. Cu toate acestea, am constatat că hipermetilarea clasică a căilor genetice de dezvoltare este mai comună între cancer și îmbătrânire la om decât la șoarece. În mod fascinant, modificarea epigenetică a repetărilor satelitului pare să fie o caracteristică atât a îmbătrânirii, cât și a cancerului la om, dar nu și la șoarece. În mod semnificativ, am găsit similarități interspecii foarte clare în modificările asociate îmbătrânirii care apar la locurile de legare a TF ale unor familii specifice, sugerând că impactul funcțional al modificărilor de metilare a îmbătrânirii ar putea avea loc indirect prin dereglare a TF mai degrabă decât prin direcționarea directă a unor gene specifice. În cele din urmă, am derivat un set mare de site-uri CpG ortologe cu măsurători interspecifice, ceea ce ne-a permis să observăm că siturile de variabilitate epigenetică sunt conservate între specii, că diferențele interspecii între om și șoarece pot fi explicate parțial prin schimbări în contextul genomic local asociat. cu site-urile CpG și că există loci interspecie comune care sunt modificate atât în ​​timpul îmbătrânirii, cât și al cancerului.

Rezultatele prezentate în acest manuscris acoperă mai multe aspecte ale dinamicii epigenetice la om și șoarece, dar ar trebui să atragem atenția și asupra limitărilor studiului nostru. În primul rând, recunoaștem că dimensiunea eșantionului utilizat în proiectarea studiului nostru este limitată (n = 3 pe grup), care se datorează în principal numărului substanțial de grupuri care sunt analizate (patru fenotipuri la două specii). Cu toate acestea, coroborarea interspecie a rezultatelor indică faptul că modelele observate sunt robuste. În al doilea rând, ne-am concentrat pe un singur țesut (creier). Deși acest lucru ne-a permis efectuarea unui studiu comparativ în profunzime și se știe că modificările epigenetice care apar în cancer sau în timpul îmbătrânirii sunt similare între țesuturi (Michalak și colab. 2019), va fi util să explorăm conservarea interspecie a semnături epigenetice în alte țesuturi (Maegawa și colab. 2017 Wang și colab. 2017), precum și alte specii, cum ar fi porc sau rhesus. În al treilea rând, am folosit RRBS pentru a profila de locații genomice analoage la om și șoarece, o tehnologie care se concentrează pe locații dense CpG și este mai limitată atunci când studiază regiunile intergenice. Acestea fiind spuse, utilizarea RRBS ne-a permis să definim un subset mare de măsurători interspecifice (59.100 de situri CpG) cu acoperire adecvată pentru toate eșantioanele.

Dintr-o perspectivă evolutivă, comparațiile sistematice multispeciale sunt de mare valoare în înțelegerea etiologiei bolii. Descoperirea căilor comune speciilor oferă explicații moleculare solide pentru mecanismele în joc, în timp ce diferențele între specii pot ajuta la explicarea divergențelor fenotipice observate între specii. De exemplu, observația noastră asupra dereglării epigenetice specifice omului a genelor degetelor de zinc în cancer poate fi legată de importanța acestei familii la primate, care au cunoscut o expansiune considerabilă specifică liniei în comparație cu rozătoarele (Huntley et al. 2006 Emerson și Thomas 2009). Accentul pus pe căile specifice speciilor, în timp ce relevant pentru biologia evoluționistă are, dimpotrivă, o valoare mai mică în biologia clinică, care caută traducerea mecanismelor la om. În acest sens, studiile integrative sistematice, la nivelul genomului, multispeciale, precum cel prezentat aici, au potențialul de a răspunde la întrebări legate de ambele scopuri.

Având un punct de vedere mai clinic, putem prevedea că rezultatele noastre pot provoca interes în diferite domenii. Șoarecele este unul dintre principalele modele preclinice pentru bolile umane și, ca atare, este esențial să existe markeri pentru predicția succesului tratamentului la om (Day și colab. 2015). În această direcție, în această lucrare, am constatat că modificările epigenetice comune ale speciilor între boli au fost ușor asociate cu gene care prezintă modificări ale expresiei la gliom la om. Astfel, concentrarea asupra modificărilor epigenetice conservate, cum ar fi cele descrise aici, poate ajuta la restrângerea căutării țintelor funcționale relevante care sunt modificate în boală. În acest sens, progresele actuale în dezvoltarea instrumentelor de editare epigenetică țintite (Liu și colab. 2016), combinate cu cunoștințele despre conservarea epigenetică la șoarece și om, pot servi ca un instrument puternic pentru explorarea impactului general atât al epigeneticii, cât și al căii modificări în multiple scenarii biologice.

Pe de altă parte, setul de site-uri de metilare a ADN-ului conservate epigenetic ar putea deschide calea pentru proiectarea și dezvoltarea de noi platforme personalizate cu randament ridicat, fie în contextul unei tehnologii microarray eficiente din punct de vedere al costurilor, fie prin utilizarea secvențierii vizate mai sofisticate a bisulfitului. abordari. Acest lucru poate fi de un interes deosebit în cadrul profilării epigenetice în timpul screeningului medicamentului în modele preclinice, deoarece modificările unor astfel de loci conservate asociate bolii ar putea ajuta la prezicerea succesului viitor al tratamentului la om. De exemplu, gliomul este un tip de cancer cu o prevalență ridicată a mutațiilor izocitrat dehidrogenazei care duc la modificări epigenetice importante (Han și colab. 2020). Principalul tratament de chimioterapie în gliom implică temozolomidă (Hirst și colab. 2013), iar eficacitatea sa este, de asemenea, asociată cu diferite caracteristici de metilare a ADN-ului dincolo de binecunoscutele MGMT metilarea promotorului (Cheng și colab. 2019). Astfel, integrarea cunoștințelor de conservare epigenetică ar putea ajuta la identificarea căilor sensibile la medicamente în modelele animale, care, la rândul lor, ar îmbunătăți tratamentele actuale de îngrijire, precum și ar arăta lumina asupra perspectivelor mecaniciste ale compușilor noi sau a celor salvați din abordările actuale de repoziționare a medicamentelor.

Una peste alta, această lucrare ar putea constitui o bază pentru alte studii viitoare care se concentrează pe evaluarea sistematică a tiparelor epigenetice asociate bolii pe mai multe țesuturi și specii dintr-o perspectivă multiomică, pentru a informa căutarea modelelor de reglare epigenetică inter și intraspecii.


Abstract

Modificările covalente ale cozilor de histone au roluri fundamentale în structura și funcția cromatinei. O astfel de modificare, metilarea lizinei, are funcții importante în multe procese biologice care includ formarea heterocromatinei, inactivarea cromozomului X și reglarea transcripțională. Aici, rezumăm progresele recente în ceea ce privește înțelegerea modului în care funcționează metilarea lizinei în aceste procese biologice diverse și ridicăm întrebări care trebuie abordate în viitor.


Istoricul modificărilor

Monk, M., Boubelik, M. & amp Lehnert, S. Modificări temporale și regionale în metilarea ADN în liniile embrionare, extraembrionare și celulare germinale în timpul dezvoltării embrionului de șoarece. Dezvoltare 99, 371–382 (1987).

Kafri, T. și colab. Model de dezvoltare a metilării ADN-ului specific genei la embrionul de șoarece și linia germinativă. Gene Dev. 6, 705–714 (1992).

Smith, Z.D. și colab. O fază de reglare unică a metilării ADN la embrionul timpuriu al mamiferelor. Natură 484, 339–344 (2012).Aceasta este o caracterizare a modificărilor dinamice ale metilării ADN-ului în timpul gametogenezei și embriogenezei timpurii.

Mayer, W., Niveleau, A., Walter, J., Fundele, R. & amp Haaf, T. Demetilarea genomului paternal zigot. Natură 403, 501–502 (2000).

Oswald, J. și colab. Demetilarea activă a genomului patern în zigotul șoarecelui. Curr. Biol. 10, 475–478 (2000).

Inoue, A. & amp Zhang, Y. Pierderea dependentă de replicare a 5-hidroximetilcitozinei la embrionii de preimplantare de șoarece. Ştiinţă 334, 194 (2011).

Cedar, H. & amp Bergman, Y. Conectarea metilării ADN și modificarea histonelor: modele și paradigme. Nat. Pr. Genet. 10, 295–304 (2009).

Sanford, J.P., Clark, H.J., Chapman, V.M. & amp Rossant, J. Diferențe în metilarea ADN în timpul oogenezei și spermatogenezei și persistența lor în timpul embriogenezei timpurii la șoarece. Gene Dev. 1, 1039–1046 (1987).

Bourc'his, D., Xu, G.L., Lin, C.S., Bollman, B. & amp Bestor, T.H. Dnmt3L și stabilirea amprentelor genomice materne. Ştiinţă 294, 2536–2539 (2001).

Brandeis, M. și colab. Ontogenia metilării specifice alelelor asociată cu genele imprimate la șoarece. EMBO J. 12, 3669–3677 (1993).

Li, X. și colab. O genă cu efect matern-zigot, Zfp57, menține amprente atât materne, cât și paterne. Dev. Celulă 15, 547–557 (2008).

Mackay, D.J. și colab. Hipometilarea locurilor imprimate multiple la persoanele cu diabet neonatal tranzitor este asociată cu mutații în ZFP57. Nat. Genet. 40, 949–951 (2008).

Wossidlo, M. și colab. 5-Hidroximetilcitozina din zigotul mamiferelor este legată de reprogramarea epigenetică. Nat. Comun. 2, 241 (2011).

Nakamura, T. și colab. PGC7 / Stella protejează împotriva demetilării ADN în embriogeneza timpurie. Nat. Cell Biol. 9, 64–71 (2007).

Nakamura, T. și colab. PGC7 leagă histona H3K9me2 pentru a proteja împotriva conversiei de 5mC la 5hmC la embrioni timpurii. Natură 486, 415–419 (2012).

Farthing, C.R. și colab. Cartarea globală a metilării ADN-ului la promotorii șoarecilor relevă reprogramarea epigenetică a genelor pluripotenței. PLoS Genet. 4, e1000116 (2008).

Ng, R.K. și colab. Restricția epigenetică a soarelui descendenței celulelor embrionare prin metilarea Elf5. Nat. Cell Biol. 10, 1280–1290 (2008). Acest raport sugerează că demetilarea Elf5 la începutul embrionului se acordă diferențierea extraembrionară.

Koh, K.P. și colab. Tet1 și Tet2 reglementează producția de 5-hidroximetilcitozină și specificația liniei celulare în celulele stem embrionare de șoarece. Cell Stem Cell 8, 200–213 (2011).

Maegawa, S. și colab. Schimbări de metilare ale ADN-ului răspândite și specifice țesutului, modificate la vârstă. Genomul Res. 20, 332–340 (2010).

Kaminen-Ahola, N. și colab. Consumul de etanol matern modifică epigenotipul și fenotipul descendenților într-un model de șoarece. PLoS Genet. 6, e1000811 (2010).

Daxinger, L. & amp Whitelaw, E. Moștenirea epigenetică transgenerațională: mai multe întrebări decât răspunsuri. Genomul Res. 20, 1623–1628 (2010).

Okano, M., Bell, D.W., Haber, D.A. & amp Li, E. ADN metiltransferazele Dnmt3a și Dnmt3b sunt esențiale pentru de novo metilarea și dezvoltarea mamiferelor. Celulă 99, 247–257 (1999).

Brandeis, M. și colab. Elementele Sp1 protejează o insulă CpG de de novo metilare. Natură 371, 435–438 (1994).

Straussman, R. și colab. Programarea dezvoltării profilurilor de metilare a insulelor CpG în genomul uman. Nat. Struct. Mol. Biol. 16, 564–571 (2009). Această lucrare arată că protecția insulelor CpG de la de novo metilarea este determinată de informații secvențiale.

Laurent, L. și colab. Modificări dinamice ale metilomului uman în timpul diferențierii. Genomul Res. 20, 320–331 (2010).

De Carvalho, D.D. și colab. Screening-ul metilării ADN identifică evenimentele epigenetice ale conducătorului auto cu supraviețuirea celulelor canceroase. Celula cancerului 21, 655–667 (2012).

Cedar, H. & amp Bergman, Y. Programarea modelelor de metilare a ADN-ului. Annu. Pr. Biochem. 81, 97–117 (2012).

Lienert, F. și colab. Identificarea elementelor genetice care determină în mod autonom stările de metilare a ADN-ului. Nat. Genet. 43, 1091–1097 (2011).

Macleod, D., Charlton, J., Mullins, J. & amp Bird, site-urile Sp1 A.P. din promotorul genei Aprt de șoarece sunt necesare pentru a preveni metilarea insulei CpG. Gene Dev. 8, 2282–2292 (1994).

Siegfried, Z. și colab. Metilarea ADN reprimă transcrierea in vivo. Nat. Genet. 22, 203–206 (1999).

Goren, A. și colab. Reglarea fină a expresiei genei globinei prin metilarea ADN-ului. Plus unu 1, e46 (2006).

Weber, M. și colab. Distribuția, reducerea potențialului de impact și impactul evolutiv al metilării ADN-ului promotor în genomul uman. Nat. Genet. 39, 457–466 (2007).

Meissner, A. și colab. Hărți de metilare a ADN-ului la scară genomică a celulelor pluripotente și diferențiate. Natură 454, 766–770 (2008).

Ooi, S.K. și colab. DNMT3L conectează lizina nemetilată 4 a histonei H3 la de novo metilarea ADN-ului. Natură 448, 714–717 (2007).

Otani, J. și colab. Baza structurală pentru recunoașterea stării de metilare H3K4 de către domeniul ADN metiltransferază 3A ATRX-DNMT3-DNMT3L. Rep. EMBO 10, 1235–1241 (2009).

Clouaire, T. și colab. Cfp1 integrează atât conținutul de CpG, cât și activitatea genelor pentru depunerea precisă a H3K4me3 în celulele stem embrionare. Gene Dev. 26, 1714–1728 (2012).

Pollack, Y., Stein, R., Razin, A. & amp Cedar, H. Metilarea secvențelor ADN străine în celulele eucariote. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 77, 6463–6467 (1980).

Yisraeli, J. și colab. Activarea specifică musculară a unei gene actinice himerice metilate. Celulă 46, 409–416 (1986).

Li, E., Bestor, T.H. & amp Jaenisch, R. Mutația țintită a genei ADN metiltransferază are ca rezultat letalitatea embrionară. Celulă 69, 915–926 (1992).

Leonhardt, H., Page, A.W., Weier, H.U. & amp Bestor, T.H. O secvență de direcționare direcționează ADN metiltransferaza către siturile de replicare a ADN-ului în nucleele mamiferelor. Celulă 71, 865–873 (1992).

Gruenbaum, Y., Cedar, H. & amp Razin, A. Specificitatea substratului și secvenței unei ADN metilaze eucariote. Natură 295, 620–622 (1982).

Bostick, M. și colab. UHRF1 joacă un rol în menținerea metilării ADN-ului în celulele mamiferelor. Ştiinţă 317, 1760–1764 (2007).

Sharif, J. și colab. Proteina SRA Np95 mediază moștenirea epigenetică prin recrutarea Dnmt1 în ADN metilat. Natură 450, 908–912 (2007).

Sharif, J. & amp Koseki, H. Recrutarea rolurilor Dnmt1 ale proteinei SRA Np95 (Uhrf1) și alți factori. Prog. Mol. Biol. Trad. Știință. 101, 289–310 (2011).

Achour, M. și colab. Interacțiunea domeniului SRA al ICBP90 cu un domeniu nou al DNMT1 este implicată în reglarea expresiei genei VEGF. Oncogene 27, 2187–2197 (2008).

David, L. și colab. O hartă de înaltă rezoluție a transcripției în genomul drojdiei. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 103, 5320–5325 (2006).

Petruk, S. și colab. Proteinele TrxG și PcG, dar nu histonele metilate, rămân asociate cu ADN-ul prin replicare. Celulă 150, 922–933 (2012).

Ben-Shushan, E., Pikarsky, E., Klar, A. & amp Bergman, Y. Extincția expresiei genei Oct-3/4 în carcinomul embrionar x hibrizii cu celule somatice fibroblaste este însoțită de modificări ale stării de metilare, structura cromatinei, și activitatea transcripțională a regiunii din amonte în octombrie 3/4. Mol. Celula. Biol. 13, 891–901 (1993).

Gidekel, S. & amp Bergman, Y. Un model unic de dezvoltare a metilării ADN-ului 3/4 octombrie este controlat de un element de demodificare cis. J. Biol. Chem. 277, 34521–34530 (2002).

Feldman, N. și colab. Inactivarea epigenetică ireversibilă mediată de G9a a Oct-3/4 în timpul embriogenezei timpurii. Nat. Cell Biol. 8, 188–194 (2006). Această lucrare demonstrează că de novo metilarea este un eveniment tardiv în inactivarea genelor pluripotenței, dar asigură stabilitate în timp.

Epsztejn-Litman, S. și colab. De novo Metilarea ADN promovată de G9a împiedică reprogramarea genelor tăcute embrionar. Nat. Struct. Mol. Biol. 15, 1176–1183 (2008).

Keohane, A.M., Lavender, J.S., O'Neill, L.P. & amp Turner, B.M. Acetilarea histonei și inactivarea X. Dev. Genet. 22, 65–73 (1998).

Plath, K. și colab. Rolul histonei H3 lizină 27 metilare în inactivarea X. Ştiinţă 300, 131–135 (2003).

Silva, J. și colab. Stabilirea metilării histonei H3 pe cromozomul X inactiv necesită recrutarea tranzitorie a complexelor de grup policomb Eed-Enx1. Dev. Celulă 4, 481–495 (2003).

Lock, L.F., Takagi, N. & amp Martin, G.R. Metilarea genei HPRT pe X inactiv are loc după inactivarea cromozomilor. Celulă 48, 39–46 (1987).

Gendrel, A.V. și colab. Căile dependente și independente de Smchd1 determină dinamica de dezvoltare a metilării insulei CpG pe cromozomul x inactiv. Dev. Celulă 23, 265–279 (2012).

Kaslow, D.C. și amp Migeon, B.R. Metilarea ADN-ului stabilizează inactivarea cromozomului X la euterieni, dar nu și la marsupiale: dovezi pentru menținerea în mai multe etape a compensării dozelor de mamifere X. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 84, 6210–6214 (1987).

Wareham, K.A., Lyon, M.F., Glenister, P.H. & amp Williams, E.D. Reactivarea legată de vârstă a unei gene legate de X. Natură 327, 725–727 (1987).

Lande-Diner, L. și colab. Rolul metilării ADN-ului în reprimarea genetică stabilă. J. Biol. Chem. 282, 12194–12200 (2007).

Liang, G. și colab. Cooperativitatea între metiltransferazele ADN în metilarea întreținerii elementelor repetitive. Mol. Celula. Biol. 22, 480–491 (2002).

Jones, P.A. & amp Liang, G. Regândind modul în care sunt menținute modelele de metilare a ADN-ului. Nat. Pr. Genet. 10, 805–811 (2009).

Illingworth, R. și colab. Un nou set de insule CpG identifică metilarea specifică țesutului la loci genetici de dezvoltare. PLoS Biol. 6, e22 (2008).

Vire, E. și colab. Proteina EZH2 din grupul Polycomb controlează direct metilarea ADN-ului. Natură 439, 871–874 (2006).

O'Hagan, H.M. și colab. Deteriorarea oxidativă vizează complexe care conțin ADN metiltransferaze, SIRT1 și membri din policomb către promotorul CpG Islands. Celula cancerului 20, 606–619 (2011).

Thillainadesan, G. și colab. Demetilarea activă dependentă de TGF-beta și expresia supresorului tumoral p15ink4b sunt afectate de complexul ZNF217 / CoREST. Mol. Celulă 46, 636–649 (2012).

Yisraeli, J. & amp Szyf, M. Modele și expresie de metilare genică. în Metilarea ADN-ului: biochimie și semnificație biologică (eds. Razin, A., Cedar, H. & amp Riggs, A.D.) 352-370 (Springer-Verlag, New York, 1984).

Paroush, Z., Keshet, I., Yisraeli, J. & amp Cedar, H. Dinamica demetilării și activării genei actinei α în mioblaste. Celulă 63, 1229–1237 (1990).

Lichtenstein, M., Keini, G., Cedar, H. & amp Bergman, Y. Demetilarea specifică a celulelor B: un rol nou pentru secvența de amplificare a lanțului onic intronic. Celulă 76, 913–923 (1994).

Zhang, L.P., Stroud, J., Eddy, C.A., Walter, C.A. & amp McCarrey, J. R. Elemente multiple influențează reglarea transcripțională de la promotorul PGK2 specific testiculului uman la șoareci transgenici. Biol. Reprod. 60, 1329–1337 (1999).

Kirillov, A. și colab. Un rol pentru NF-κB nuclear în demetilarea specifică a celulelor B a Igκ locus. Nat. Genet. 13, 435–441 (1996).

Goldmit, M. și colab. Ontogenia epigenetică a locusului kappa în timpul dezvoltării celulelor B. Nat. Immunol. 6, 198–203 (2005).

Stadler, M.B. și colab. Factorii de legare a ADN modelează metilomul șoarecelui în regiunile de reglare distale. Natură 480, 490–495 (2011). Lucrarea arată că regiunile parțial metilate sunt reglementate de trans -factori de acțiune, dintre care mulți pot fi potențiali.

Consorțiul proiectului ENCODE. și colab. O enciclopedie integrată a elementelor ADN din genomul uman. Natură 489, 57–74 (2012).

Sullivan, C.H. & amp Grainger, R.M. Genele δ-cristalinei devin hipometilate în celulele lentilelor postmitotice în timpul dezvoltării puiului. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 84, 329–333 (1987).

Bhattacharya, S.K., Ramchandani, S., Cervoni, N. & amp Szyf, M. O proteină de mamifer cu activitate demetilază specifică pentru ADN mCpG. Natură 397, 579–583 (1999).

Ng, H.H. și colab. MBD2 este un represor transcripțional aparținând complexului MeCP1 histon deacetilază. Nat. Genet. 23, 58–61 (1999).

Jost, J. P. Extractele nucleare de embrioni de pui promovează o demetilare activă a ADN-ului prin repararea exciziei a 5-metildoxicoxidinei. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 90, 4684–4688 (1993).

Weiss, A., Keshet, I., Razin, A. & amp Cedar, H. Demetilarea ADN-ului in vitro: implicarea ARN-ului. Celulă 86, 709–718 (1996).

Razin, A. și colab. Înlocuirea sau 5-metilcitozina cu citozina: un posibil mecanism pentru demetilarea tranzitorie a ADN în timpul diferențierii. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 83, 2827–2831 (1986).

Wu, H. și colab. Funcții duale ale Tet1 în reglarea transcripțională în celulele stem embrionare de șoarece. Natură 473, 389–393 (2011).

Iqbal, K., Jin, S.G., Pfeifer, G.P. & amp Szabo, P.E. Reprogramarea genomului patern la fertilizare implică oxidarea la nivelul genomului a 5-metilcitozinei. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 108, 3642–3647 (2011).

Gu, T.P. și colab. Rolul ADN dioxigenazei Tet3 în reprogramarea epigenetică de către ovocite. Natură 477, 606–610 (2011).

Wu, H. & amp Zhang, Y. Mecanisme și funcții ale oxidării 5-metilcitozinei mediate de proteine ​​Tet. Gene Dev. 25, 2436–2452 (2011).

El, Y.F. și colab. Formarea mediată de tet a 5-carboxilcitozinei și excizia acesteia de către TDG în ADN-ul mamiferelor. Ştiinţă 333, 1303–1307 (2011). Această lucrare arată că 5mC pot fi oxidate de Tet pentru a forma produse care sunt apoi reparate de glicozilaze, provocând astfel demetilare.

Valinluck, V. & amp Sowers, L.C. Produsele endogene de deteriorare a citozinei modifică selectivitatea situsului metiltransferazei de întreținere a ADN-ului uman DNMT1. Cancer Res. 67, 946–950 (2007).

Hashimoto, H. și colab. Recunoaștere și mecanisme potențiale pentru replicarea și ștergerea hidroximetilării citozinei. Acizi nucleici Res. 40, 4841–4849 (2012).

Popp, C. și colab. Ștergerea la nivelul genomului a metilării ADN-ului în celulele germinale primordiale de șoarece este afectată de deficiența SIDA. Natură 463, 1101–1105 (2010).

Guo, J.U., Su, Y., Zhong, C., Ming, G.L. & amp Song, H. Hidroxilarea 5-metilcitozinei de către TET1 Promovează demetilarea activă a ADN-ului în creierul adult. Celulă 145, 423–434 (2011). Această lucrare arată că TET1 mediază demetilarea specifică din creier.

Fritz, E.L. & amp Papavasiliou, F.N. Citidina deaminaze: SIDA ALE Demetilării ADN-ului? Gene Dev. 24, 2107–2114 (2010).

Rusmintratip, V. & amp Sowers, L.C. O capacitate de excizie neașteptat de mare pentru 5-hidroximetiluracil greșit în extracte de celule umane. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 97, 14183–14187 (2000).

Nabel, CS și colab. AID / APOBEC dezaminează defavorizează citozinele modificate implicate în demetilarea ADN-ului. Nat. Chem. Biol. 8, 751–758 (2012).

Cedar, H. & amp Bergman, Y. Reglarea dezvoltării rearanjării genelor sistemului imunitar. Curr. Opin. Immunol. 11, 64–69 (1999).

Engler, P. & amp Storb, U. Hipometilarea este necesară, dar nu suficientă pentru recombinarea V (D) J într-un substrat transgenic. Mol. Immunol. 36, 1169–1173 (1999).

Wilks, A., Seldran, M. & amp Jost, J. P. O demetilare dependentă de estrogen a capătului 5 'al genei vitelogeninei de pui este independentă de sinteza ADN-ului. Acizi nucleici Res. 12, 1163–1177 (1984).

Benvenisty, N., Mencher, D., Meyuchas, O., Razin, A. & amp Reshef, L. Modificări secvențiale în modelele de metilare ADN ale genei fosfoenolpiruvat carboxicinazei de șobolan în timpul dezvoltării. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 82, 267–271 (1985).

Shemer, R. și colab. Modificări de metilare în gena apo AI în timpul dezvoltării embrionare a șoarecelui. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 88, 10300–10304 (1991).

Kunnath, L. & amp Locker, J. Modificări de dezvoltare în metilarea genelor albuminei de șobolan și alfa-fetoproteine. EMBO J. 2, 317–324 (1983).

Busslinger, M., Hurst, J. & amp Flavell, R.A. Metilarea ADN și reglarea expresiei genei globinei. Celulă 34, 197–206 (1983).

Siegfried, Z. & amp Cedar, H. Metilarea ADN-ului: o blocare moleculară. Curr. Biol. 7, R305 – R307 (1997).

Qian, W. și colab. O histonă acetiltransferază reglează demetilarea activă a ADN-ului în Arabidopsis. Ştiinţă 336, 1445–1448 (2012).

Jones, P.A. & amp Baylin, S.B. Rolul fundamental al evenimentelor epigenetice în cancer. Nat. Pr. Genet. 3, 415–428 (2002).

Jones, P.A. & amp Baylin, S.B. Epigenomica cancerului. Celulă 128, 683–692 (2007).

Baylin, S. & amp Bestor, T.H. Modele modificate de metilare în genomul celulelor canceroase: cauză sau consecință? Celula cancerului 1, 299–305 (2002).

Gal-Yam, E.N. și colab. Comutarea frecventă a semnelor represive Polycomb și hipermetilarea ADN în linia celulară de cancer de prostată PC3. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 105, 12979–12984 (2008).

Keshet, I. și colab. Dovezi pentru un mecanism instructiv de de novo metilarea în celulele canceroase. Nat. Genet. 38, 149–153 (2006). Această lucrare arată că de novo metilarea insulelor CpG în cancer are loc în locuri fixe din genom.

Zardo, G. și colab. Analizele genomice și epigenomice integrate identifică inactivarea genelor bialelelice în tumori. Nat. Genet. 32, 453–458 (2002).

Ohm, J.E. și colab. Un model de cromatină asemănător celulelor stem poate predispune genele supresoare tumorale la hipermetilarea ADN-ului și la tăcere ereditară. Nat. Genet. 39, 237–242 (2007).

Schlesinger, Y. și colab. Metilarea histonei mediate cu policombină H3 (K27) pre-marchează genele pentru de novo metilarea în cancer. Nat. Genet. 39, 232–236 (2007).

Widschwendter, M. și colab. Semnarea celulelor stem epigenetice în cancer. Nat. Genet. 39, 157–158 (2007).

Rakyan, V.K. și colab. Hipermetilarea ADN-ului asociată îmbătrânirii umane apare preferențial la domeniile bivalente de cromatină. Genomul Res. 20, 434–439 (2010).

Teschendorff, A.E. și colab. Metilarea ADN dependentă de vârstă a genelor care sunt suprimate în celulele stem este un semn distinctiv al cancerului. Genomul Res. 20, 440–446 (2010).

An, B. și colab. Profil caracteristic de metilare în insulele CpG metilator fenotip negativ-cancere colorectale distale. Int. J. Rac 127, 2095–2105 (2010).

Belshaw, N.J. și colab. Modelele de metilare a ADN-ului în criptele colonice individuale relevă îmbătrânirea și defectele de câmp legate de cancer în mucoasa morfologic normală. Carcinogeneză 31, 1158–1163 (2010).

Sasaki, M. și colab. Mutația IDH1 (R132H) crește progenitorii hematopoietici murini și modifică epigenetica. Natură 488, 656–659 (2012).

Tu, J.S. & amp Jones, P.A. Genetica și epigenetica cancerului: două fețe ale aceleiași monede? Celula cancerului 22, 9–20 (2012).

Feinberg, A.P. & amp Vogelstein, B. Hipometilarea distinge genele unor tipuri de cancer uman de omologii lor normali. Natură 301, 89–92 (1983).

Berman, B.P. și colab. Regiunile de hipermetilare a ADN-ului focal și hipometilarea pe termen lung în cancerul colorectal coincid cu domeniile asociate cu lamina nucleară. Nat. Genet. 44, 40–46 (2012). Această lucrare demonstrează că demetilarea în cancer apare la domeniile asociate laminului.

Onorat, G.C. și colab. Hipometilarea globală a ADN-ului cuplată la formarea represivă a domeniului cromatinei și la reducerea genelor în cancerul de sân. Genomul Res. 22, 246–258 (2012).

Laird, P.W. și colab. Suprimarea neoplaziei intestinale prin hipometilare a ADN-ului. Celulă 81, 197–205 (1995). Această lucrare arată că tratamentul cu inhibitori ai metilării ADN de la naștere „previne” formarea tumorilor intestinale la șoarecii predispuși genetic.

McCabe, M.T. și colab. Inhibarea activității ADN metiltransferazei previne tumorigeneză la un model de șoarece de cancer de prostată. Cancer Res. 66, 385–392 (2006).

Bender, C.M., Pao, M.M. & amp Jones, P.A. Inhibarea metilării ADN-ului prin 5-aza-2'-deoxicitidină suprimă creșterea liniilor celulare tumorale umane. Cancer Res. 58, 95–101 (1998).

Tsai, H.C. și colab. Dozele tranzitorii mici de agenți demetilatori ai ADN exercită efecte antitumorale durabile asupra celulelor tumorale hematologice și epiteliale. Celula cancerului 21, 430–446 (2012). Acest raport arată că agenții de demetilare inhibă tumorile la doze mici.

Belinsky, S.A. și colab. Inhibarea metilării ADN și a dezacetilării histonelor previne cancerul pulmonar murin. Cancer Res. 63, 7089–7093 (2003).

Chen, M. și colab. Inhibitorul ADN-metiltransferazei, zebularina, întârzie creșterea tumorii și induce apoptoza într-un model de șoarece de inginerie genetică de cancer de sân. Mol. Cancer Ther. 11, 370–382 (2012).

Gaudet, F. și colab. Inducerea tumorilor la șoareci prin hipometilare genomică. Ştiinţă 300, 489–492 (2003).

Yamada, Y. și colab. Efectele opuse ale hipometilării ADN asupra carcinogenezei intestinale și hepatice. Proc. Natl. Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 102, 13580–13585 (2005).

Thomson, J.P. și colab. Insulele CpG influențează structura cromatinei prin intermediul proteinei de legare a CpG Cfp1. Natură 464, 1082–1086 (2010).


Opțiuni de acces

Obțineți acces complet la jurnal timp de 1 an

Toate prețurile sunt prețuri NET.
TVA va fi adăugat mai târziu în casă.
Calculul impozitului va fi finalizat în timpul plății.

Obțineți acces limitat la timp sau la articol complet pe ReadCube.

Toate prețurile sunt prețuri NET.


2. Construirea unei ipoteze globale de accesibilitate la cromatină

2.1. Problema de accesibilitate: dificultatea de a citi ADN-ul genomic

În cele din urmă, distincția unui bit de cromatină de altul depinde de secvența ADN locală. Înfășurarea ADN-ului în nucleozomi face ca secvența ADN să fie dificil de accesat și, dacă nu poate fi accesat, un nucleozom nu poate fi distins de altul. Modificările histonei ajută la restabilirea unei diferențieri funcționale. Prezența nucleozomilor și natura modificărilor histonice pe care le produc produc stări de cromatină care determină dacă, când sau cum secvența este citită de proteinele care leagă ADN-ul. Cu excepția cazului în care proteinele care leagă ADN-ul au acces la secvența ADN, aparatul care se leagă de cromatină și acționează asupra ei nu ar ști unde să meargă și, cel mai important, genele și alte informații despre secvență nu ar putea fi citite.

În a doua parte a acestui eseu, vreau să iau în considerare problema accesibilității ADN-ului genomic, în afară de legarea cooperativă sau remodelarea care urmează legarea factorilor pionieri (elaborată în Sec. 2.3). Aceasta este o problemă care stă la baza multora dintre întrebările referitoare la modificările histonice și # x02014 multiplicitățile și dinamica lor. Propun un argument care începe să integreze masa de informații despre modificările histonelor din punctul de vedere al accesibilității ADN-ului.

Conturile de manuale explică înfășurarea ADN-ului în nucleozomi ca mijloc de împachetare a genomului eucariot în nucleu. Înfășurarea a 147 pb de ADN într-un nucleozom reduce în mod clar volumul ocupat, deși mai mult prin reducerea gradelor de libertate decât prin scăderea efectivă a spațiului ocupat de dubla helix. ADN-ul poate fi compactat mult mai mult decât este în general într-un nucleu eucariot, așa cum se arată prin împachetarea unui genom al bacteriofagului într-o capsidă sau a genomului uman într-un nucleu de spermă. Diferența constă în faptul că ADN-ul bacteriofagului nu este disponibil decât prin eliberarea întregului conținut al capsidei și nici nu este mult, sau tot, genomul spermei. În schimb, genomul eucariot într-o celulă somatică este disponibil sau adresabil în mod specific parțial (adică euchromatin), iar complementul heterocromatic ar putea fi accesat cel puțin o parte din timp. Ceea ce face diferența, desigur, este că genomul eucariot este împărțit în miriade de pachete mici (adică nucleozomi). Acestea pot fi ambalate ierarhic în structuri de ordin superior care, potențial, pot fi pliate sau desfăcute local. Cu alte cuvinte, o fracție arbitrară a genomului până la nucleozomi unici poate fi, în principiu, deschisă individual, permițând accesul la conținutul său de ADN. Pentru a face acest lucru, totuși, un nucleozom trebuie diferențiat de vecinii săi sau conținutul său de ADN trebuie să poată fi căutat cel puțin intermitent.

2.2. Cromatina ca răspuns la concentrarea ADN-ului în nucleu

Deși spațiul este limitat în nucleu și compactarea a cel puțin unei părți a ADN-ului genomic, există o tensiune imperativă, mult mai importantă: o tensiune între nevoia de accesibilitate controlată a genomicii la transcripție și necesitatea de a reduce accesibilitatea la cea mai mare parte a genomului. ADN. Ambalarea unui genom mare în nucleu este o necesitate, dar poate mult mai important este imperativul de a ascunde cea mai mare parte a ADN-ului, astfel încât să nu fie ușor accesibil mecanismului de proteine ​​care trebuie să acționeze asupra acestuia.Toate mecanismele care disting un sit genomic de altul, cu excepția celor bazate pe proprietăți fizice sau topologice în vrac, trebuie să fie capabile să recunoască motive specifice secvenței de nucleotide, suficient de scurte pentru a putea fi citite și legabile de o singură proteină cu discriminare suficientă pentru a minimiza zgomotul rezultat din legătură nepotrivită. Raportul dintre semnal și zgomot (adică legarea specifică versus legarea nespecifică) este esențial pentru efectuarea oricărui tip de reglare genetică. Această discriminare se pierde dacă concentrația de ADN nespecific este atât de mare încât orice proteină de legare a ADN și-ar petrece timpul legat necorespunzător de secvențele greșite. Cheia specificității în nucleu este, prin urmare, intrinsec legată de necesitatea de a masca cea mai mare parte a ADN-ului genomic, astfel încât să fie indisponibil pentru legarea la mecanismul de reglare și transcripție. Cu toate acestea, diferențierea cromatinei și activitățile specifice ale informațiilor genetice depind în cele din urmă de secvența ADN locală. Ambalarea în nucleozomi nu numai că împiedică accesul la secvența ADN, dar, de la sine, ar reduce genomul la o colecție nediferențiată de nucleozomi mai mult sau mai puțin identici din punct de vedere structural. Privită în această lumină, este clar atunci că o mare parte a reglării genelor eucariote trebuie să conste în modalități de (1) îndepărtare sau remodelare a nucleozomilor, astfel încât ADN-ul subiacent să fie disponibil pentru proteinele de legare a ADN-ului (2) face acest lucru într-o secvență -mod specific sau cel puțin produce rezultate specifice secvenței și (3) dezvoltă o modalitate de a marca nucleozomii sau domeniile nucleozomale, astfel încât să restabilească o anumită specificitate pentru acțiunea proteinelor reglatoare (de exemplu, cozile histonice acetilante pentru a face anumiți nucleozomi să fie mai ușor de deplasat sau remodela).

2.3. Densitatea nucleozomilor

Este bine cunoscut faptul că densitatea nucleozomilor este importantă pentru păstrarea specificității de reglementare. Dacă sunt produse histone insuficiente, densitatea nucleosomală este redusă. În Drosophila, acest lucru determină pierderea silențierii heterocromatice și suprimarea variației poziției-efect (Moore și colab. 1983). În celulele de drojdie și mamifere, insuficiența histonică determină derepresia multor gene exprimate condiționat (Han și Grunstein 1988 Lenfant și colab. 1996 Wyrick și colab. 1999 Celona și colab. 2011 Gossett și Lieb 2012). Interesant este că o densitate de nucleozomi redusă schimbă gradul de ocupare (frecvența cu care este ocupată o poziție), mai degrabă decât distribuția nucleozomilor. Acest lucru se datorează faptului că anumite secvențe de ADN favorizează formarea nucleozomilor prin înfășurarea mai ușor în jurul nucleului histonei decât altele. În plus, cu cât ADN-ul devine mai accesibil, cu atât mai multe proteine ​​de legare a ADN-ului se pot lega de secvențele lor preferate și pot concura cu formarea nucleozomilor.

După cum s-a arătat demult, inițial de Drosophila în experimentele de ștergere a genelor histonice, densitatea nucleozomilor este o condiție prealabilă necesară pentru mutarea heterocromatică. Dacă densitatea nucleozomilor este prea mică, ADN-ul devine prea accesibil proteinelor care leagă ADN-ul, în special ARN polimeraza, iar dovezile în creștere arată că accesul nediscriminator are ca rezultat transcrierea nediscriminată. Activitatea transcripțională este asociată cu multe alte activități de modificare a nucleozomilor, în special acetilarea histonei, care împiedică stabilirea stării heterocromatice și promovează accesibilitatea suplimentară. Un efect similar se obține în prezența unui complement de genă histonică normală dacă crește concentrația unui activator genetic (Ahmad și Henikoff 2001). Aceste efecte arată că fără nucleozomi se pierde capacitatea de a reprima transcripția și capacitatea nucleozomilor de a preveni accesul este în competiție cu legarea dependentă de concentrație a mașinilor transcripționale. Ceea ce se pierde nu este doar capacitatea de a reprima, ci și controlul activării transcripționale prin faptul că cerința ca activatorii să producă transcripție este cel puțin parțial absolvită dacă ARN polimeraza nu mai are nevoie de ajutorul diferitelor activități de remodelare pentru a accesa secvența ADN. Mai mult, deși controlul accesului este o componentă majoră a activităților represive ale heterocromatinei, în celulele normale există ferestre de oportunitate de a accesa chiar și secvența ADN heterocromatică, iar o concentrație suficient de mare a unui activator de legare a ADN-ului le poate exploata pentru a se lega la secvența sa și produc derepresiune locală. În multe cazuri, atunci, un factor limitativ major în controlul transcripției este accesul ARN polimerazei la ADN. Multe gene, în special în eucariote superioare, au dezvoltat modalități de a se asigura că ARN polimeraza este preîncărcată, adesea inițiată transcripțional, dar arestată (întreruptă polimeraza) și gata să răspundă la semnalele transcripționale care îi permit să se alungească. În cele mai multe cazuri, acest lucru necesită accesul proteinelor de legare a ADN-ului care configurează nucleozomii din jurul sitului promotor. Și aici însă, întreruperea depinde de necesitatea unor factori suplimentari pentru a depăși obstacolele nucleosomale din calea alungirii.

Când ADN-ul este ocupat pe deplin de nucleozomi sau cel puțin atunci când nivelurile de histone nu limitează densitatea nucleozomilor, cea mai mare parte a secvenței ADN nu este direct accesibilă proteinelor care leagă ADN-ul. S-a demonstrat că unii factori de transcripție sunt mai capabili decât alții să se lege de secvențele de ADN nucleozomal, cel puțin atunci când situsurile de legare sunt aproape de o margine a nucleozomului (Zaret și Carroll 2011). Astfel de factori & # x0201cpioneer & # x0201d pot câștiga un punct de legătură prin legarea la ADN-ul care intră în nucleozom chiar și într-o structură de cromatină compactată, evacuarea histonei linker H1 și invocarea mașinilor de remodelare a nucleozomilor pentru a dezlega ADN-ul și a-l expune pentru legarea altor legături de amplificare factori într-un proces cu mai multe etape (Li și colab. 2010).

2.4. Activități în roaming

Caracteristicile speciale pot permite anumitor proteine ​​de legare specifice secvenței să-și găsească locurile de legare, posibil profitând oportunist de deschiderea tranzitorie a structurii cromatinei. În general, însă, accesul la ADN necesită ajutorul mașinilor de remodelare. Astfel, pentru a permite accesul la ADN-ul nucleosomal fără informații secvențiale anterioare, ar trebui să facem ipoteze activități de roaming care supraveghează cromatina genomică și să o întoarcem periodic, ca să spunem așa, deschizând temporar accesul la secvența subiacentă. În același timp, pentru a preveni un astfel de acces și pentru a asigura deschiderea reglementată, ne-am putea aștepta la o activitate opusă. Există mărci sau activități de cromatină cunoscute care ar putea susține această ipoteză?

Au fost identificate două trăsături care sunt caracteristice siturilor în care ADN-ul trebuie menținut într-o stare accesibilă: una este legarea histonei acetilazei CBP sau a rudei sale apropiate p300, chiar dacă este însoțită sau nu de îmbogățire la starea de echilibru în histonă H3K27 acetilare . Cealaltă este marca cromatinei H3K4me1, al cărei rol în accesibilitate nu este bine înțeles. Aceste caracteristici se găsesc în mod caracteristic la site-urile amplificatorului, în care CBP este considerat a fi recrutat de majoritatea factorilor de legare a amplificatorului (Heintzman și colab. 2007 Xi și colab. 2007 Visel și colab. 2009). Ele se găsesc, de asemenea, la promotori și oriunde proteinele care leagă ADN găsesc acces la ADN-ul genomic. De asemenea, s-a constatat că aceste situri sunt puncte fierbinți cu rotație activă a nucleozomilor, detectabile prin depunerea nucleozomilor care conțin varianta histonică H3.3, adesea împreună cu varianta histonică H2A.Z. Această combinație de variante este mai puțin stabilă decât în ​​mod normal și este mai ușor de remodelat sau transformat (Jin et al. 2009). Faptul că acetilarea nu este întotdeauna detectată la amplasamentele amplificatoare, în ciuda prezenței CBP, sugerează că nucleozomii acetilați sunt cei care au fost deplasați pentru a crea regiunea fără nucleozomi, care este ocupată de proteinele care leagă ADN-ul.

CBP este adesea asociat cu o activitate de remodelare a histonelor (de exemplu, Drosophila Brahma, ortolog al SNF2L2 uman) și UTX, una dintre cele două histone H3K27 demetilaze cunoscute, dar singura găsită în Drosophila (Tie și colab. 2012). UTX este o componentă esențială a metiltransferazei legate de Trithorax (TRR) H3K4 (sau MLL3 și MLL4 la mamifere), care este sursa H3K4me1 și uneori H3K4me2, găsită la amplificatori, promotori și alte site-uri de legare a ADN-ului legate de proteine ​​( Herz și colab., 2012). Ne-am putea întreba ce ar putea face o demetilază H3K27 în aceste locuri, dar există o conexiune puternică CBP este responsabilă de acetilarea H3K27 și această activitate este blocată de simpla prezență a metilării H3K27 preexistente, fără a fi nevoie să recrutăm complexe represive de orice fel.

2.5. Metilare omniprezentă H3K27

Metilarea H3K27 este, de fapt, omniprezentă în genom. Este produs de complexul represiv Polycomb 2 (PRC2), a cărui subunitate de metiltransferază în Drosophila este E (z) (ortolog al mamiferelor Ezh1 și Ezh2). PRC2 este responsabil pentru H3K27 mono-, di-, trimetilat. Starea trimetilată este cea care a primit cea mai mare atenție, deoarece este cea asociată cu genele reprimate din policomb. Cu toate acestea, cel mai abundent produs al său nu este H3K27me3, care în celulele somatice constituie aproximativ 5% & # x0201310% din totalul histonei H3, ci H3K27me2, care se găsește într-un uluitor 50% și # x0201360% din totalul H3 (Peters și colab. 2003 Ebert și colab. 2004 Jung și colab. 2010 Voigt și colab. 2012). Prin urmare, dimetilarea este activitatea principală a PRC2 la muște ca la om. Studiile cinetice (McCabe și colab. 2012) arată, de fapt, că, deși monometilații și dimetilații PRC2 rapid, trimetilarea este enzimatic mai dificilă și apare probabil in vivo în primul rând acolo unde PRC2 este legat stabil. H3K27me2 este, de asemenea, cel mai abundent și mai larg distribuit tip de modificare a histonelor, găsit peste tot, cu excepția regiunilor care sunt îmbogățite în H3K27me3 sau care sunt supuse unei activități transcripționale. Motivul pentru primul este evident. Motivul pentru acesta din urmă (adică epuizarea acestuia în regiunile transcrise) este cel mai probabil dublu: (1) nucleozomii sunt distribuiți mai puțin dens în astfel de regiuni din cauza instabilității și a fluctuației crescute și (2) regiunile active transcripțional sunt vizate de UTX H3K27 demetilază, producând H3K27me1 și H3K27me0. Rezultate foarte similare au fost raportate recent pentru celulele stem embrionare de șoarece (Ferrari și colab. 2014). În aceste celule, H3K27me3, me2 și me1 constituie, respectiv, 7%, 70% și 4% din H3 total, în timp ce H3K27ac este de 2% și H3K27 nemodificat este de 16%. H3K27me2 este limitat la regiunile inactive transcripțional, cu excepția celor care au legat stabil PRC2, în timp ce H3K27me1 se găsește numai în regiunile active transcripțional. Cel mai probabil atunci, H3K27me2 este îndepărtat activ prin demetilare, cu H3K27me1 ca intermediar pentru demetilarea completă. Nu este surprinzător că regiunile active transcripțional sunt, de asemenea, îmbogățite în UTX, singura H3K27 demetilază cunoscută în Drosophila. Îndepărtarea metilării H3K27 în regiunile active este necesară pentru acetilarea H3K27, care se găsește în general în regiunea 5 & # x02032 a unităților de transcripție active și a amplificatorilor. Acest lucru lasă însă două întrebări: De ce există metilarea H3K27 în primul rând? Și de ce este necesară acetilarea H3K27 în mod specific?

Spre deosebire de H3K27me3, care se găsește în principal în siturile genomice care pot recruta stabil complexul PRC2, activitatea care produce H3K27me2 trebuie să vizeze întregul genom. Deși ar putea fi asociat cu bifurcația de replicare, cel mai probabil se explică prin interacțiunea tranzitorie a PRC2 liberă cu nucleozomii printr-un mecanism hit-and-run. Cu toate acestea, nu este un mecanism complet aleatoriu. Activitatea de metilare a PRC2 este modulată de mai multe intrări din cromatina din jur. Unul dintre acestea depinde de un buzunar hidrofob din subunitățile PRC2 pieptene sexuale suplimentare (ESC) / Eed, care leagă H3K27 metilat (Margueron și colab. 2009). Când se produce această legare, ea produce o schimbare conformațională în subunitatea catalitică E (z) care stimulează foarte mult activitatea de metilare a acesteia. Deși H3K27me3 se leagă mai puternic, H3K27me2 se leagă și de buzunarul aromat. Prin urmare, prezența H3K27me2 sau H3K27me3 în nucleozomii din jur promovează metilarea nucleozomilor nou depuși. Mutațiile din buzunarul hidrofob ESC reduc drastic nivelul global atât al H3K27me3, cât și al H3K27me2. Alte mecanisme care modulează activitatea PRC2 contribuie probabil, deși nu au fost testate in vivo. Astfel, densitatea nucleozomilor care înconjoară un nucleozom țintă pare, de asemenea, să stimuleze activitatea de metilare (Yuan și colab. 2012), în timp ce prezența H3K4me3 sau H3K36me2 / me3 pe nucleozomul țintă reduce activitatea de metilare a PRC2 (Schmitges și colab. 2011 Yuan și colab. al. 2011). În consecință, regiunile care conțin deja metilarea H3K27 sunt ținte mai bune pentru PRC2, în timp ce regiunile care au o densitate mai mică de nucleozomi sau nucleozomi care poartă H3K4me3 sau H3K36me2 / me3, toate semnele activității transcripționale, sunt ținte slabe. Descoperirea acestor mai multe dispozitive în PRC2 și alte metiltransferaze a arătat clar că mecanismele de feedback și feed-forward pot fi încorporate în mașinile care modifică cromatina, atât pentru auto-reînnoiți o marcă de cromatină, cât și pentru a evita regiunile marcate cu anumite alte modificări ale histonelor. Merită subliniat aici că aceste mecanisme nu numai că ajută la menținerea represiunii polycomb de la un ciclu celular la altul prin menținerea H3K27me3, dar, prin modularea depunerii H3K27me2, oferă și o memorie a activității transcripționale. Regiunile care au fost recent transcrise au o densitate mai mică a nucleozomilor și sunt îmbogățite cu semnele H3K4me3 și H3K36me2 / me3 care favorizează activitatea transcripțională reînnoită și, în același timp, inhibă metilarea H3K27. Cu alte cuvinte, în cazul unei mărci de histone distribuite la nivel global, cum ar fi H3K27me2, absența mărcii este ea însăși o marcă care poartă informații despre activitatea transcripțională anterioară (Fig. 1). & # x200B).

Memoria transcripțională a stării de cromatină. Desenul schematic ilustrează câteva modificări cheie în semnele de cromatină asociate cu o regiune a cromatinei care a fost recent transcrisă sau devine reprimată stabil de mecanismele Polycomb. O regiune care nu a fost recent transcrisă este marcată de H3K27me2 greu. O regiune transcrisă recent a pierdut H3K27me2, dar în schimb a câștigat mărcile H3K27ac și H3K4me3 în partea promotor-proximală și H3K36me3 (care, la rândul său, recrutează complexe deacetilante) pentru a controla accesul excesiv permis de pierderea H3K27me2. Regiunile care pot recruta legarea stabilă a complexelor Polycomb PRC1 și PRC2 dobândesc H3K27me3. Pentru simplitate, alte semne histonice nu sunt afișate.

Un model pentru controlul accesibilității ADN-ului în cromatină. (A) Modelul propune că activitățile de roaming antagoniste interacționează tranzitoriu cu cromatina genomică: una, cauzată de PRC2, depune marca H3K27me2. Altul elimină acest semn de metilare și remodelează nucleozomii, permițând accesul tranzitor la secvența ADN. Aceste activități sunt atribuite UTX, CBP și BRAHMA. (B) Un factor de legare a ADN-ului A se leagă de motivul său de legare înrudit din ADN, accesibil în mod tranzitor și recrutează legarea stabilă a CBP împreună cu o activitate de remodelare (BRAHMA) și complexul TRR / MLL3,4 care conține UTX. Aceste activități elimină metilarea H3K27, depunând în schimb semnele H3K27ac și H3K4me1. (C) Activitatea de remodelare asigură un acces stabil la ADN, ducând la legarea factorilor suplimentari B și C de o regiune amplificatoare (sau alt element de reglare pe ADN). Regiunea ADN făcută accesibilă poate fi, de asemenea, vizată oportunist de ARN polimerază, care poate produce transcrieri scurte din ambele catene de ADN.

Prin urmare, PRC2 oferă un mecanism global pentru a marca cromatina în funcție de utilizarea sa recentă. Dar ce face marca H3K27me2 și cum este interpretată? Ne-am obișnuit să ne gândim la modificările histonelor ca la semne care sunt & # x0201cread & # x0201d de proteinele cromatinei care posedă domenii de legare adecvate. Acest lucru este posibil, dar puțin probabil pentru H3K27me2. Abordarea & # x0201creader & # x0201d este potrivită pentru mărcile care disting o regiune de restul cromatinei. O marcă globală precum H3K27me2 ar lega & # x0201creaderul & # x0201d practic peste tot. O interpretare mai economică este că, mai degrabă decât să fie & # x0201cread, & # x0201d prezența mărcii oferă atât citirea, cât și răspunsul în același timp, metilarea H3K27 previne lizina, astfel încât să nu poată fi acetilată. H3K27ac este un semn asociat cu regiunea 5 'a genelor active. Așa cum am văzut, este, de asemenea, potențial prezent la toate siturile care conțin CBP & # x02014, adică site-uri, cum ar fi amplificatorii, care implică accesul proteinelor de legare a ADN-ului la ADN. În principiu, monometilarea H3K27 ar avea același scop. H3K27me1 a fost adesea considerat a fi asociat, nu cu represiunea, ci cu activitatea transcripțională. H3K27me1 se găsește în genele transcripțional active cel mai probabil deoarece acestea sunt site-uri în care H3K27me2 este demetilat de UTX. Starea monometilată este cel mai probabil o etapă în demetilare sau remetilare.

2.6. Ipoteza accesibilității

O ipoteză care ar integra aceste diverse descoperiri este că accesul la conținutul de ADN al nucleozomilor este un factor limitativ major în controlul întregii activități specifice secvenței din genom. Prin urmare, controlul accesului la ADN este un principiu cheie de reglementare. Conform ipotezei (Fig. 2), accesul este asigurat intermitent de o activitate de remodelare a nucleozomilor în roaming care & # x0201 răstoarnă & # x0201d nucleozomi, făcând temporar ADN-ul lor accesibil. Dintr-un motiv care nu este clar în acest stadiu, această activitate implică acetilarea H3K27, poate temporar, și este blocată prin prevenirea acetilării H3K27. În general, această acetilare este înlăturată constant de histon deacetilaze în roaming, așa cum s-a arătat în drojdie (Vogelauer și colab. 2000). Remodelarea care asigură accesibilitatea este contracarată de o activitate PRC2 în roaming care dimetilează H3K27 la nivelul genomului, această dimetilare H3K27 mediată de PRC2 împiedică astfel această poziție și blochează acetilarea acesteia. Dimetilarea H3K27 poate fi îndepărtată de demetilaza UTX, a cărei activitate principală este deci de a îndepărta blocul la acetilare și de a permite un acces mai stabil la ADN. Acest lucru este necesar în locuri cum ar fi potențatori, promotori, PRE și altele în care mai multe proteine ​​de legare a ADN-ului trebuie să vadă secvența nucleotidică. Legarea acestor factori recrutează CBP stabil și este asociată cu o activitate de remodelare a cărei prezență pe termen mai lung deplasează nucleozomii, producând o regiune sărăcită cu nucleozomi. Astfel de regiuni sunt de obicei hipersensibile la tratamentul cu DNaseI și se găsesc asociate cu potențatori, promotori, PRE, situri ale căror margini sunt, de asemenea, îmbogățite pentru histona H3.3 în raport cu mediul înconjurător. Acest lucru, după cum a analizat Mito și colab. (2007), este cauzată de înlocuirea nucleozomilor, ceea ce înseamnă că nucleozomii găsiți acolo nu sunt formați ca parte a procesului replicativ, ci se datorează fluctuației continue.

2.7. Transcrierea regiunilor fără nucleozomi și răspunsul RNAi

Ipoteza accesibilității necesită ca siturile de epuizare sau remodelare nucleozomală sau orice regiune care nu este dens populată de nucleozomi, vor avea o mare probabilitate de a lega ARN polimeraza pe o bază oportunistă și de a produce unele produse transcripționale.Cantitatea și lungimea acestor transcrieri este probabil să fie foarte variabilă și dependentă de secvență, de vecinătatea unei activități asemănătoare amplificatorului și probabil de mulți alți factori. Ar trebui să existe puțină specificitate a catenei pentru aceste începuturi transcripționale, care, prin urmare, sunt susceptibile de a duce la producerea de ARN din ambele catene și astfel ar fi vizate de mecanismele ARNi.

Promotorii, care au o regiune scurtă sărăcită cu nucleozomii, sunt bine cunoscuți pentru a produce transcrieri scurte din ambele catene într-o regiune de câteva sute de nucleotide care înconjoară începutul transcripției numit TSSa-ARN (Seila și colab. 2008 Affymetrix / Cold Spring Harbor Laboratory ENCODE Transcriptome Project 2009 Taft și colab. 2009). Regiunile promotoare au dezvoltat modalități de a minimiza producția de ARN din ambele catene prin selectarea unei frecvențe ridicate a semnalelor de poliadenilare, astfel încât alungirea productivă să se producă predominant în direcția din aval de gena TSS (Almada și colab. 2013 Ntini și colab. 2013). Amplificatorii sunt, de asemenea, sursa transcrierilor, așa-numitele ARN-uri potențatoare sau ARN-uri, de pe ambele fire (De Santa și colab. 2010 Kim și colab. 2010 & # x000d8rom și Shiekhattar 2013). Site-urile de deteriorare a ADN-ului, în care nucleozomii sunt îndepărtați pentru o lungime considerabilă în jurul unei pauze cu dublă catenă, produc, de asemenea, transcrieri de pe ambele catenele. Aceste ARN-uri sunt acum cunoscute a fi procesate de Dicer și Drosha și necesare pentru legarea ATM, o kinază care fosforilează varianta histonică H2AX pentru a iniția formarea focarelor de reparare a deteriorării ADN-ului (Francia și colab. 2012). ARN-urile produse din toate aceste regiuni epuizate de nucleozomi sunt produse secundare ale proceselor de remodelare a nucleozomilor care au loc în aceste locuri. Nu trebuie să aibă o funcție specială, dar nu ar trebui să fie surprinzător să se constate că au dobândit o funcție pe anumite site-uri.

Regiunile care sunt parțial epuizate de nucleozomi sau devin prea ușor accesibile ARN polimerazei sunt predispuse să inițieze transcrierea, care nu este specifică catenei. Prin urmare, în cazul general, majoritatea acestor regiuni accesibile ar produce transcripții de ARN din ambele fire. O posibilă consecință a transcrierii bidirecționale este recrutarea utilajelor RNAi. Transcrierile bidirecționale produse de la siturile de deteriorare a ADN-ului recrutează în mod clar componente ale mașinilor RNAi (Francia și colab. 2012). Proteinele ARNi precum Dicer2 și AGO2 sunt asociate cu promotori activi care produc ARN-uri bidirecționale mici (Cernilogar și colab. 2011). S-a susținut că proteina RNAi, AGO2, se asociază cu o varietate de site-uri care se așteaptă să fie epuizate de nucleozomi, inclusiv site-uri de legare CTCF, promotori și PRE (Moshkovich și colab. 2011). Nu este clar care ar putea fi funcția AGO2 în aceste cazuri, dar pierderea acestuia duce la o scădere a activității izolatorului sau a represiunii polycomb (Grimaud și colab. 2006 Lei și Corces 2006).

Mecanismele ARNi sunt adesea considerate a fi protectoare ale integrității genomului împotriva atacurilor virușilor sau transposonilor proliferatori. În nucleu, rezultă recrutarea metilării histonei H3K9, legarea proteinelor heterocromatinei precum HP1 și histon deacetilaze și stabilizarea nucleozomilor, în esență, opusul procesului care a deschis cromatina și a produs transcrierile bidirecționale. la amplificatori, promotori etc. Conexiunea dintre accesibilitatea ADN și răspunsul RNAi nu este, întâmplător, sugerată. Regiunile care sunt parțial epuizate de nucleozomi sau devin prea ușor accesibile de ARN polimeraza sunt predispuse la inițierea transcripției, care nu este specifică catenei. Prin urmare, în cazul general, majoritatea acestor regiuni accesibile ar produce transcripții ARN din ambele fire. Dacă acești ARN recrutează răspunsul ARNi, acest răspuns este endemic și inseparabil de necesitatea fundamentală a accesului la ADN-ul genomic. Prin urmare, s-ar putea argumenta că răspunsul ARNi ar putea fi, în forma sa de bază, o modalitate de a recruta proteine ​​care stabilizează nucleozomii (HP1, linker histone, histone deacetylases), restabilesc ocupația nucleosomală sau restabilesc stabilitatea nucleosomală la siturile care, pentru oricare ar fi motivul, ar fi putut deveni temporar deschis. Faptul că răspunsul RNAi a devenit o protecție valoroasă împotriva invadării elementelor genetice nu ar fi incompatibil cu funcția și mai de bază de a păstra acoperit ADN-ul genomic și de a se asigura că regiunile deschise temporar nu scapă de sub control.

2.8. PRC2 și Heterocromatină

Se consideră că mecanismele ARNi sunt importante pentru stabilirea heterocromatinei. Acest lucru a fost elaborat în detaliu pentru drojdia de fisiune Schizosaccharomyces pombe, dar multe aspecte ale acestei relații se aplică Drosophila și formarea de heterocromatină la mamifere. Argumentele prezentate mai sus ajută la înțelegerea de ce sa descoperit că E (z) joacă un rol în stabilirea eficientă a heterocromatinei și, de fapt, este cunoscut ca un supresor al variației poziției-efect în Drosophila (Laible și colab. 1997). Acest rol a fost un puzzle de mulți ani, deoarece nu există o prezență specifică a E (z) sau H3K27me3 în heterocromatină. Acest rol este mai bine înțeles în ceea ce privește accesibilitatea. În Drosophila, etapele embrionare timpurii sunt o perioadă de diviziuni nucleare extrem de rapide și sincrone. Acestea încetinesc până la al 14-lea ciclu (3 h postfertilizare), dar cromatina produsă trebuie să fie acum ținta unui efort masiv de metilare H3K27. Acest lucru se realizează datorită cantităților masive corespunzătoare de componente PRC2 care sunt depuse în ou în timpul oogenezei. Până când proliferarea nucleară încetinește și heterocromatina devine mai întâi detectabilă, trebuie să existe dimetilarea globală a H3K27. În acest stadiu, este important să se suprime acetilarea H3K27, remodelarea și activitatea transcripțională accidentală pentru a permite ARNi și alte mecanisme să inițieze și să mențină heterocromatina. Accesul la ADN nu este niciodată complet împiedicat, chiar și în heterocromatină, după cum se arată în faptul că activatorii puternici pot preveni reducerea la tăcere heterocromatică a unei gene raportoare (Ahmad și Henikoff 2001), dar absența H3K27me2 ar duce cu siguranță la un nivel de acces la activatori și ARN polimerază care ar interfera cu stabilirea silențierii heterocromatice.

2.9. Efectele pierderii PRC2

Dacă metilarea H3K27 joacă un rol genomic atât de global, pierderea funcției PRC2 ar avea cu siguranță consecințe majore și creșterea transcripției omniprezente, printre altele. Din păcate, nu a fost încă posibilă separarea funcției globale de dimetilare H3K27 de trimetilarea H3K27 legată de Polycomb și mai specifică. Pierderea PRC2 este o letală embrionară timpurie atât la mamifere, cât și la Drosophila, și produce embrioni cu fenotipuri clasice de depresie homeotică (Struhl și Brower 1982). Pierderea represiunii din policomb Hox gene și multe alte gene importante pentru dezvoltare ar fi cu siguranță suficiente pentru a explica letalitatea. În plus, ar fi dificil să se determine dacă orice alte efecte ar trebui atribuite consecințelor indirecte ale derepresiei sau pierderii dimetilării H3K27. Cu toate acestea, pierderea activității PRC2 nu este letală. Celulele stem embrionare de mamifere cu eliminări ale lui Ezh2 sau Eed sunt viabile, deși sunt incapabile să se diferențieze. În celulele stem embrionare de șoarece fără funcție PRC2, acetilarea H3K27 apare la noi site-uri împreună cu H3K4me1, formând o semnătură tipică regiunilor potențatoare (Ferrari și colab. 2014). Acest lucru sugerează că multe regiuni în mod normal tăcute devin accesibile și active transcripțional. Activarea noilor site-uri de transcriere care nu sunt asociate în mod normal cu H3K27me3 a fost de asemenea observată. O creștere a accesibilității cromatinei la ARN polimeraza a fost, de asemenea, observată în Drosophila embrioni lipsiți de ESC matern și zigot, o componentă esențială a PRC2 (Chopra și colab. 2011). Promotorii a mii de gene au devenit ocupați de ARN polimeraza II, indiferent dacă au fost sau nu activați transcripțional.

Mutațiile care afectează activitatea EZH2 și PRC2 sunt asociate cu o varietate de cancere agresive, dar, în mod ciudat, atât hiperactivitatea, cât și pierderea activității par a fi oncogene. Interpretarea a fost în general că aceste efecte sunt mediate de hiperrepresia sau derepresia genelor țintă Polycomb și acest lucru este, fără îndoială, adevărat, cel puțin parțial. De exemplu, genele care blochează progresia ciclului celular, cum ar fi INK4A / B, sunt reglementate de mecanisme Polycomb și hiperrepresia ar elimina frânele la proliferarea celulară. Deoarece multe dovezi susțin un rol de promovare a cancerului al activității PRC2, descoperirea că pierderea funcției PRC2 poate promova și cancerele, cum ar fi leucemia mieloidă, a fost nedumeritoare (Hock 2012 Simon și colab. 2012 Tamagawa și colab. 2013).

Un caz deosebit de interesant este cel al mutațiilor recent caracterizate care convertesc K27 în metionină în genele histonei H3 sau H3.3. Această mutație a fost găsită asociată cu un glioblastom deosebit de malign, în care are un efect dominant total disproporționat cu fracțiunea relativ mică a histonei totale H3 care este produsă de copia genei histonei H3 mutate (Chan et al. 2013 Lewis et al. 2013). Metionina din poziția 27 imită, în parte, metilarea K27, dar nu are sarcina pozitivă moderatoare pe care o reține azotul aminic chiar și atunci când este trimetilat. În consecință, domeniul catalitic EZH2 se leagă, dar nu eliberează cu ușurință, peptida H3K27M. Deși acest lucru nu a fost arătat direct, o consecință ar putea fi că complexul PRC2 devine efectiv sechestrat și indisponibil, determinând H3K27 să devină sub-metilat la nivelul genomului. Atenția s-a concentrat asupra pierderii parțiale a H3K27me3 și a consecutivă derepresie a genelor țintă Polycomb. Vă sugerez o interpretare oarecum diferită. Dimetilarea H3K27 la nivelul genomului ar fi și mai puternic afectată, deoarece este puternic dependentă de un mecanism hit-and-run și, prin urmare, de grupul de PRC2 liber. Pierderea metilării H3K27 ar fi de așteptat să anuleze un număr mare de gene a căror silențiere depinde de incapacitatea activatorilor și a ARN polimerazei II de a accesa promotorul. Mai important, poate, este că transcripția poate începe oriunde, inclusiv în corpurile genetice, producând proteine ​​parțiale care ar avea efecte neomorfe neașteptate.

Aceste observații susțin ipoteza accesibilității globale, cel puțin parțial, dar sunt departe de a oferi dovezi substanțiale. Acestea sugerează, totuși, că abundența și omniprezenta dimetilare H3K27 nu sunt lipsite de o semnificație care ar putea ajuta la înțelegerea modului în care diferitele modificări ale cromatinei se împing între ele, interacțiunea care a furnizat materia primă din care evoluția a modelat cromatina. peisajul și funcțiile sale.


Priveste filmarea: Franta ii umileste pe romani (Ianuarie 2022).