H3K9me2 - H3K9me2

H3K9me2 ist eine epigenetische Modifikation des DNA-Verpackungsproteins Histon H3 . Es ist eine Marke, die die Di- zeigt Methylierung am 9. Lysin - Rest des Histon H3 - Proteins. H3K9me2 ist stark mit der Transkriptionsrepression verbunden . Die H3K9me2-Spiegel sind bei stillen Genen höher als bei aktiven Genen in einer 10 kb-Region, die die Transkriptionsstartstelle umgibt. H3K9me2 unterdrückt die Genexpression sowohl passiv, indem es die Acetylierung und damit Bindung der RNA-Polymerase oder ihrer regulatorischen Faktoren verhindert, als auch aktiv, indem es Transkriptionsrepressoren rekrutiert. H3K9me2 wurde auch in Megabasenblöcken gefunden, die als Large Organized Chromatin K9 domains (LOCKS) bezeichnet werden, die sich hauptsächlich in Gen-sparse-Regionen befinden, aber auch genetische und intergenische Intervalle umfassen. Seine Synthese wird durch G9a , G9a-ähnliches Protein und PRDM2 katalysiert . H3K9me2 kann von einer Vielzahl von Histon-Lysin-Demethylasen (KDMs) entfernt werden, darunter Mitglieder der KDM1-, KDM3-, KDM4- und KDM7-Familie. H3K9me2 ist für verschiedene biologische Prozesse wichtig, darunter die Bindung von Zelllinien , die Umprogrammierung von Körperzellen zu induzierten pluripotenten Stammzellen , die Regulierung der Entzündungsreaktion und die Abhängigkeit vom Drogenkonsum.

Nomenklatur

H3K9me2 zeigt die Dimethylierung von Lysin 9 an der Histon-H3-Proteinuntereinheit an:

Abk. Bedeutung
H3 H3-Familie der Histone
K Standardabkürzung für Lysin
9 Position des Aminosäurerestes

(Zählung vom N-Terminus)

mich Methylgruppe
2 Anzahl der hinzugefügten Methylgruppen

Lysin-Methylierung

Methylierung-Lysin

Dieses Diagramm zeigt die fortschreitende Methylierung eines Lysinrestes. Die Dimethylierung bezeichnet die in H3K9me2 vorhandene Methylierung.

Histon-Modifikationen verstehen

Die genomische DNA eukaryontischer Zellen ist um spezielle Proteinmoleküle, sogenannte Histone, gewickelt . Die durch die Schleifenbildung der DNA gebildeten Komplexe werden als Chromatin bezeichnet . Die grundlegende Struktureinheit des Chromatins ist das Nukleosom : Dieses besteht aus dem Kernoktamer der Histone (H2A, H2B, H3 und H4) sowie einem Linker-Histon und etwa 180 Basenpaaren DNA. Diese Kernhistone sind reich an Lysin- und Argininresten. Das Carboxyl-(C)-terminale Ende dieser Histone trägt zu Histon-Histon-Wechselwirkungen sowie zu Histon-DNA-Wechselwirkungen bei. Die am Amino (N)-terminal geladenen Schwänze sind die Stelle der posttranslationalen Modifikationen , wie sie in H3K9me2 zu sehen sind.

Epigenetische Implikationen

Die posttranslationale Modifikation von Histonschwänzen durch entweder histonmodifizierende Komplexe oder Chromatin-Remodeling-Komplexe werden von der Zelle interpretiert und führen zu einer komplexen, kombinatorischen Transkriptionsausgabe. Es wird angenommen , dass ein Histon - Code die Expression von Genen durch eine komplexe Wechselwirkung zwischen den Histonen in einem bestimmten Bereich bestimmt. Das aktuelle Verständnis und die Interpretation von Histone stammen aus zwei Großprojekten: ENCODE und der Epigenomic Roadmap. Ziel der epigenomischen Studie war es, epigenetische Veränderungen im gesamten Genom zu untersuchen. Dies führte zu Chromatinzuständen, die genomische Regionen definieren, indem sie die Interaktionen verschiedener Proteine ​​und/oder Histonmodifikationen zusammen gruppieren. Chromatinzustände wurden in Drosophila-Zellen untersucht, indem die Bindungsstelle von Proteinen im Genom untersucht wurde. Die Verwendung der Chromatin-Immunopräzipitation (ChIP)-Sequenzierung zeigte Regionen im Genom, die durch unterschiedliche Bandenbildung gekennzeichnet sind. Auch bei Drosophila wurden verschiedene Entwicklungsstadien profiliert, wobei ein Schwerpunkt auf die Relevanz der Histonmodifikation gelegt wurde. Ein Blick in die erhaltenen Daten führte zur Definition von Chromatinzuständen basierend auf Histonmodifikationen. Bestimmte Modifikationen wurden kartiert und eine Anreicherung wurde in bestimmten genomischen Regionen beobachtet. Es wurden fünf Kernhiston-Modifikationen gefunden, von denen jede mit verschiedenen Zellfunktionen verbunden war.

Das menschliche Genom wurde mit Chromatinzuständen annotiert. Diese annotierten Zustände können als neue Wege verwendet werden, um ein Genom unabhängig von der zugrunde liegenden Genomsequenz zu annotieren. Diese Unabhängigkeit von der DNA-Sequenz verstärkt die epigenetische Natur der Histonmodifikationen. Chromatinzustände sind auch bei der Identifizierung von regulatorischen Elementen nützlich, die keine definierte Sequenz aufweisen, wie beispielsweise Enhancer. Diese zusätzliche Annotationsebene ermöglicht ein tieferes Verständnis der zellspezifischen Genregulation.

Klinische Bedeutung

Sucht

Siehe auch: Sucht § Neuroepigenetische Mechanismen

Chronische Suchtmittelexposition führt zu einer ΔFosB- vermittelten Repression von G9a und einer reduzierten H3K9-Dimethylierung im Nucleus accumbens , was wiederum eine dendritische Verzweigung , eine veränderte synaptische Proteinexpression und ein verstärktes Suchverhalten nach Drogen verursacht. Im Gegensatz dazu führt die akkumbale G9a-Hyperexpression zu einer deutlich erhöhten H3K9-Dimethylierung und blockiert die Induktion dieser neuronalen und Verhaltensplastizität durch chronischen Drogenkonsum, der über die H3K9me2-vermittelte Repression von Transkriptionsfaktoren für ΔFosB und H3K9me2-vermittelte Repression verschiedener ΔFosB-Transkriptionsziele ( zB CDK5 ). Aufgrund der Beteiligung von H3K9me2 an diesen Rückkopplungsschleifen und der zentralen pathophysiologischen Rolle der ΔFosB- Überexpression als mechanistischer Auslöser der Sucht , vermittelt die Reduktion von akkumuliertem H3K9me2 nach wiederholter Drogenexposition direkt die Entwicklung von Drogensucht.

Friedreichsche Ataxie

R-Schleifen werden mit H3K9me2-Markierung bei FXN in Friedreich-Ataxie- Zellen gefunden.

Herzkreislauferkrankung

H3K9me2 ist , die in einer Untergruppe von kardiovaskulären Erkrankungen -assoziierten Genpromotoren in vaskulären glatten Muskelzellen Bindung zu blockieren NFKB und AP-1 (Aktivatorprotein-1) Transkriptionsfaktoren . In vaskulären glatten Muskelzellen aus humanen atherosklerotischen Läsionen wurden im Vergleich zu gesundem Aortengewebe bei Patienten reduzierte H3K9me2-Spiegel beobachtet. Glatte Gefäßmuskelzellen von Diabetikern weisen im Vergleich zu nicht-diabetischen Kontrollen reduzierte H3K9me2-Spiegel auf; Es wurde daher vorgeschlagen, dass eine Fehlregulation von H3K9me2 den vaskulären Komplikationen im Zusammenhang mit Diabetes zugrunde liegen könnte. Der Verlust von H3K9me2 in vaskulären glatten Muskelzellen verschlimmert die Hochregulation einer Untergruppe von mit kardiovaskulären Erkrankungen assoziierten Genen in Modellen für vaskuläre Erkrankungen.

Methoden

Histon-Modifikationen, einschließlich H3K9me2, können mit einer Vielzahl von Methoden nachgewiesen werden:

  • Die Chromatin-Immunpräzipitationssequenzierung ( ChIP-Sequenzierung ) misst die Menge der DNA-Anreicherung, sobald sie an ein Zielprotein gebunden und immunpräzipitiert wurde. Es führt zu einer guten Optimierung und wird in vivo verwendet , um die in Zellen auftretende DNA-Protein-Bindung aufzudecken. ChIP-Seq kann verwendet werden, um verschiedene DNA-Fragmente für verschiedene Histon-Modifikationen entlang einer genomischen Region zu identifizieren und zu quantifizieren.
  • CUT&RUN (Spaltung unter Targets und Freisetzung mit Nuklease). Bei CUT&RUN werden gezielte DNA-Protein-Komplexe direkt aus dem Zellkern isoliert und nicht nach einem Präzipitationsschritt. Um CUT&RUN durchzuführen, wird den permeabilisierten Zellen ein spezifischer Antikörper gegen das DNA-bindende Protein von Interesse und ProtA-MNase zugesetzt. MNase wird durch die ProtA-Antikörper-Interaktion an das interessierende Protein gebunden und MNase spaltet die umgebende, ungeschützte DNA, um Protein-DNA-Komplexe freizusetzen, die dann isoliert und sequenziert werden können. Es wird berichtet, dass CUT&RUN im Vergleich zu herkömmlichem ChIP ein viel höheres Signal-Rausch-Verhältnis bietet. CUT&RUN benötigt daher ein Zehntel der Sequenzierungstiefe von ChIP und ermöglicht die genomische Kartierung von Histon-Modifikationen und Transkriptionsfaktoren mit extrem niedrigen Zellzahlen.
  • Modifikationsspezifische intrazelluläre Antikörpersonden. Empfindliche fluoreszierende genetisch kodierte histonmodifikationsspezifische intrazelluläre Antikörpersonden (Minzkörper) können verwendet werden, um Veränderungen der Histonmodifikationen in lebenden Zellen zu überwachen.

Siehe auch

Verweise