히스톤 코드

Histone code

히스톤 코드는 DNA로 부호화된 유전정보의 전사가 부분적으로 히스톤 단백질의 화학적 변형에 의해 조절되고 있으며, 주로 비정형적인 끝부분에서 조절된다는 가설이다. DNA 메틸화와 같은 유사한 수정과 함께 후생유전 코드의 일부분이다.[1] 히스톤은 DNA와 연관되어 뉴클레오솜을 형성하는데, 뉴클레오솜은 스스로 뭉쳐 염색질 섬유를 형성하며, 이는 다시 보다 친숙한 염색체를 구성한다. 히스톤은 뉴클레오솜에서 튀어나온 유연한 N-terminus(꼬리가 될 수 있는 것)를 가진 구상 단백질이다. 많은 히스톤 꼬리 수정은 염색체 구조와 매우 잘 상관되며 히스톤 수정 상태와 염색체 구조는 모두 유전자 발현 수준과 잘 상관된다. 히스톤 코드 가설의 중요한 개념은 히스톤 수정이 단순히 히스톤과 기초 DNA 사이의 상호작용을 안정화하거나 불안정하게 하는 것이 아니라, 그러한 목적에 특화된 단백질 영역을 통해 수정된 히스톤을 구체적으로 인식함으로써 다른 단백질을 모집하는 역할을 한다는 것이다. 이렇게 모집된 단백질은 이후 적극적으로 염색질 구조를 변경하거나 전사를 촉진하는 작용을 한다. 히스톤 수정에 의한 유전자 발현 조절에 대한 자세한 내용은 아래 표를 참조하십시오.

가설

이 가설은 염색질-DNA 상호작용은 히스톤 수정의 조합에 의해 유도된다는 것이다. 가 히스톤 꼬리는 게 수정 염색질 구조를 변경하여 histone 꼬리에(메틸화, 아세틸화, ADP-리보 실화, ubiquitination, citrullination, SUMO-ylation[2]과 인산화 같은)수락된 정확한 메커니즘의 완전한 이해 어떤 변화 영향 DNA-histone 상호 작용elusiv 남아 있다.e. 그러나, 몇 가지 구체적인 예시들이 상세하게 정리되었다. 예를 들어 히스톤 H3에 있는 세린 잔류물 10과 28의 인산염은 염색체 응축의 표식이다. 마찬가지로 히스톤 H3에 세린 잔류물 10의 인산화 및 리신 잔류물 14의 아세틸화의 조합은 활성 전사의 표시다.

히스톤 수정의 도식적 표현. 로드리게스-파레데스-에스테르를 기반으로 한 2011년 네이처

수정

히스톤에 대한 우수한 특성 수정사항에는 다음이 포함된다.[3]

  • 메틸레이션: 리신과 아르기닌 잔류물은 모두 메틸화 된 것으로 알려져 있다. 메틸화 리신은 특정 메틸화 리신이 유전자 발현 상태와 잘 일치하기 때문에 히스톤 코드의 가장 잘 이해되는 마크다. 라이신 H3K4와 H3K36의 메틸화는 전사 활성화와 상관관계가 있고, H3K4의 디메틸화는 게놈 부위의 음소거와 상관관계가 있다. 리신 H3K9과 H3K27의 메틸레이션은 전사 억제와 상관관계가 있다.[4] 특히 H3K9me3는 구성성 이염색체와 높은 상관관계가 있다.[5] 히스톤 리신의 메틸레이션도 DNA 수리에 한몫한다.[6] 예를 들어, H3K36me3는 DNA 이중 스트랜드 파손의 동질 재조합 수리에 필요하며, H4K20me2는 비동질 엔드 결합에 의해 그러한 균열의 수리를 용이하게 한다.[6]
  • 아세틸화—HAT (히스톤 아세틸전달효소); 디아세틸화—HDAC (히스톤 디아세틸화효소): 아세틸화는 염색질의 '열림성'을 아세틸화 히스톤이 탈아세틸화 히스톤만큼 잘 포장할 수 없는 것으로 정의하는 경향이 있다.
  • 인산화
  • 유비퀴티테이션
  • 스모일레이션[2]

그러나 히스톤 수정은 훨씬 더 많고, 민감한 질량 분석 접근법은 최근에 카탈로그를 크게 확장했다.[7]

유전자 발현 상태에 대한 히스톤 코드의 매우 기본적인 요약은 다음과 같다(히스토네 명명법은 여기에서 설명된다).

의 유형
수정 		히스톤
H3K4 H3K9 H3K14 H3K27 H3K79 H3K122 H4K20 H2BK5
모노메틸화 활성화[8] 활성화[9] 활성화[9] 활성화[9][10] 활성화[9] 활성화[9]
디메틸화 억압[4] 억압[4] 활성화[10]
트리-메틸화 활성화[11] 억압[9] 억압[9] 활성화,[10]
억압[9] 		억압[4]
아세틸화 활성화[11] 활성화[11] 활성화[12] 활성화[13]

히스톤 H2B

히스톤 H3

  • H3K9ac은 적극적으로 번역된 프로모터들에게서 발견된다.
  • H3K14ac은 적극적으로 번역된 프로모터들에게서 발견된다.
  • H3K23ac
  • H3K27ac은 활성증진기와 침착증진기를 구별한다.
  • H3K36ac
  • H3K56ac은 de novo histone 어셈블리의 대리인이다.[15]
  • H3K122ac은 준비된 프로모터로 풍부하며 H3K27ac이 부족한 다른 유형의 퍼팅 증진제에서도 발견된다.

히스톤 H4

복잡성

이 단순화된 모델과는 달리, 모든 실제 히스톤 코드는 대규모로 복잡해질 가능성이 있다; 4개의 표준 히스톤 각각은 여러 개의 서로 다른 수정으로 동시에 수정될 수 있다. 이러한 복잡성을 설명하기 위해 히스톤 H3는 메틸화 된 것으로 알려진 19개의 라이신을 함유하고 있다. 각각은 비-메틸화, 단-메틸화, 다이-메틸화 또는 3-메틸화 될 수 있다. 수정이 독립적일 경우, 이는19 인간 게놈의 히스톤 최대 수(6.4Gb / ~150bp = ~4400만 히스톤)보다 훨씬 많은 잠재적 리신 메틸화 패턴을 허용한다. 그리고 여기에는 리신 아세틸화(9개 잔류물에서 H3으로 알려져 있음), 아르기닌 메틸화(3개 잔류물에서 H3으로 알려져 있음) 또는 트레오닌/세린/티로신 인산화(8개 잔류물에서 H3로 알려져 있음)는 포함하지 않으며, 다른 히스톤의 수정은 말할 것도 없다.

따라서 세포 내의 모든 뉴클레오솜은 서로 다른 변형 세트를 가질 수 있어 히스톤 수정의 일반적인 패턴이 존재하는지에 대한 의문을 제기한다. 인간 유전자 촉진자 전체에 걸친 약 40개의 히스톤 수정 연구에서는 4000개 이상의 서로 다른 조합이 사용되었으며, 단 한 명의 촉진자에서만 3000개가 넘는 다른 조합이 발생한다는 것을 발견했다. 그러나 3000개 이상의 유전자에 존재하는 17개의 히스톤 수정체를 포함한 패턴이 발견되었다.[16] 따라서 히스톤 수정의 패턴은 발생하지만 매우 복잡하며, 우리는 현재 비교적 적은 수의 수정의 중요성에 대한 상세한 생화학적 이해를 가지고 있다.

히스톤 코드의 독자, 작성자 및 지우개에 의한 히스톤 인식의 구조적 결정요인은 실험 데이터의 증가하는 본문에 의해 밝혀진다.[17]

참고 항목

참조

  1. ^ Jenuwein T, Allis C (2001). "Translating the histone code". Science. 293 (5532): 1074–80. CiteSeerX 10.1.1.453.900. doi:10.1126/science.1063127. PMID 11498575. S2CID 1883924.
  2. ^ a b Shiio, Yuzuru; Eisenman, Robert N. (11 November 2003). "Histone sumoylation is associated with transcriptional repression". Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (23): 13225–13230. doi:10.1073/pnas.1735528100. PMC 263760. PMID 14578449.
  3. ^ Strahl B, Allis C (2000). "The language of covalent histone modifications". Nature. 403 (6765): 41–5. Bibcode:2000Natur.403...41S. doi:10.1038/47412. PMID 10638745. S2CID 4418993.
  4. ^ a b c d Rosenfeld, Jeffrey A; Wang, Zhibin; Schones, Dustin; Zhao, Keji; DeSalle, Rob; Zhang, Michael Q (31 March 2009). "Determination of enriched histone modifications in non-genic portions of the human genome". BMC Genomics. 10: 143. doi:10.1186/1471-2164-10-143. PMC 2667539. PMID 19335899.
  5. ^ Hublitz, Philip; Albert, Mareike; Peters, Antoine (28 April 2009). "Mechanisms of Transcriptional Repression by Histone Lysine Methylation". The International Journal of Developmental Biology. Basel. 10 (1387): 335–354. doi:10.1387/ijdb.082717ph. ISSN 1696-3547. PMID 19412890.
  6. ^ a b Wei S, Li C, Yin Z, Wen J, Meng H, Xue L, Wang J (2018). "Histone methylation in DNA repair and clinical practice: new findings during the past 5-years". J Cancer. 9 (12): 2072–2081. doi:10.7150/jca.23427. PMC 6010677. PMID 29937925.
  7. ^ Tan M, Luo H, Lee S, Jin F, Yang JS, Montellier E, et al. (2011). "Identification of 67 histone marks and histone lysine crotonylation as a new type of histone modification". Cell. 146 (6): 1016–28. doi:10.1016/j.cell.2011.08.008. PMC 3176443. PMID 21925322.
  8. ^ Benevolenskaya EV (August 2007). "Histone H3K4 demethylases are essential in development and differentiation". Biochem. Cell Biol. 85 (4): 435–43. doi:10.1139/o07-057. PMID 17713579.
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  10. ^ a b c Steger DJ, Lefterova MI, Ying L, Stonestrom AJ, Schupp M, Zhuo D, Vakoc AL, Kim JE, Chen J, Lazar MA, Blobel GA, Vakoc CR (April 2008). "DOT1L/KMT4 recruitment and H3K79 methylation are ubiquitously coupled with gene transcription in mammalian cells". Mol. Cell. Biol. 28 (8): 2825–39. doi:10.1128/MCB.02076-07. PMC 2293113. PMID 18285465.
  11. ^ a b c Koch CM, Andrews RM, Flicek P, Dillon SC, Karaöz U, Clelland GK, Wilcox S, Beare DM, Fowler JC, Couttet P, James KD, Lefebvre GC, Bruce AW, Dovey OM, Ellis PD, Dhami P, Langford CF, Weng Z, Birney E, Carter NP, Vetrie D, Dunham I (June 2007). "The landscape of histone modifications across 1% of the human genome in five human cell lines". Genome Res. 17 (6): 691–707. doi:10.1101/gr.5704207. PMC 1891331. PMID 17567990.
  12. ^ Creyghton, MP (Dec 2010). "Histone H3K27ac separates active from poised enhancers and predicts developmental state". Proc Natl Acad Sci USA. 107 (50): 21931–6. doi:10.1073/pnas.1016071107. PMC 3003124. PMID 21106759.
  13. ^ Pradeepa, Madapura M.; Grimes, Graeme R.; Kumar, Yatendra; Olley, Gabrielle; Taylor, Gillian C. A.; Schneider, Robert; Bickmore, Wendy A. (2016-04-18). "Histone H3 globular domain acetylation identifies a new class of enhancers". Nature Genetics. 48 (6): 681–686. doi:10.1038/ng.3550. ISSN 1546-1718. PMC 4886833. PMID 27089178.
  14. ^ Liang, G (2004). "Distinct localization of histone H3 acetylation and H3-K4 methylation to the transcription start sites in the human genome". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (19): 7357–7362. Bibcode:2004PNAS..101.7357L. doi:10.1073/pnas.0401866101. PMC 409923. PMID 15123803.
  15. ^ Jeronimo, Célia; Poitras, Christian; Robert, François (30 July 2019). "Histone Recycling by FACT and Spt6 during Transcription Prevents the Scrambling of Histone Modifications". Cell Reports. 28 (5): 1206–1218.e8. doi:10.1016/j.celrep.2019.06.097. PMID 31365865.
  16. ^ Wang Z, Zang C, Rosenfeld JA, Schones DE, Barski A, Cuddapah S, et al. (2008). "Combinatorial patterns of histone acetylations and methylations in the human genome". Nat Genet. 40 (7): 897–903. doi:10.1038/ng.154. PMC 2769248. PMID 18552846.
  17. ^ Wang M, Mok MW, Harper H, Lee WH, Min J, Knapp S, Oppermann U, Marsden B, Schapira M (24 Aug 2010). "Structural Genomics of Histone Tail Recognition". Bioinformatics. 26 (20): 2629–2630. doi:10.1093/bioinformatics/btq491. PMC 2951094. PMID 20739309.

외부 링크