이 히스톤 변형들은 함께 히스톤 코드라고 불리는 것을 구성하며, 이는 지역 게놈 영역의 전사 상태를 결정합니다.특정 영역에서 히스톤 변형을 검사, 또는 게놈 전체에서 유전자 활성화 상태, 프로모터, 강화제 및 기타 유전자 조절 요소의 위치를 밝힐 수 있습니다.

히스톤 변형 세부 사항
 

아세틸레이션

아세틸레이션은 가장 널리 연구된 히스톤 변형 중 하나이며, 이는 첫 번째 발견 중 하나로서 이중 기록 조절에 영향을 미칩니다.변형되지 않은 리신 잔류는 양전하가 있지만 아세틸레이션은 히스톤에 전하를 중화시킵니다., 이는 히스톤과 음전하 DNA의 상호 작용을 감소시킵니다. 전하 중립은 약한 히스톤을 초래합니다: DNA 상호 작용,트랜스크립션 요인 결합을 허용하고 유전자 발현을 크게 증가시킵니다 (Roth et al.., 2001).

히스톤 아세틸레이션은 세포 주기 조절, 세포 증식 및 폐사 과정에 관여하며 세포 분화,DNA 복제 및 수리히스톤 아세틸레이션의 균형 불균형은 종양 발생과 암 진행과 관련이 있습니다.

효소 조절

아세틸 그룹은 히스톤 아세틸 트랜스퍼레이스 (HAT) 에 의해 히스톤 H3 및 H4의 리신 잔류에 추가되고 디아세틸레이스 (HDAC) 에 의해 제거됩니다. 히스톤 아세틸레이션은 주로 프로모터 영역을 대상으로합니다.프로모터 로컬레이션 아세틸레이션으로 알려져 있습니다.예를 들어, 히스톤 H3 (H3K9ac 및 H3K27ac) 에 K9 및 K27의 아세틸레이션은 일반적으로 활성 유전자의 강화자와 촉진자와 관련이 있습니다.또한 전적 아세틸레이션의 낮은 수준은 전적 유전자에 걸쳐 발견됩니다., 그 기능은 아직 명확하지 않습니다.

메틸레이션

메틸화는 히스톤 H3 및 H4의 리신 또는 아르기닌 잔류에 추가되며, 이중화에 다른 영향을 미칩니다. 아르기닌 메틸화는 이중화를 촉진합니다.소위., 2012) 와 함께 리신 메틸화는 메틸화 위치에 따라 양자 복사 활성화 및 억압에 관여합니다.이 유연성은 메틸레이션이 히스톤 전하를 변경하거나 히스톤-DNA 상호 작용에 직접적으로 영향을 미치지 않는다는 사실로 설명 될 수 있습니다.아세틸레이션과 달리

리신은 모노, 다이, 또는 트리 메틸화 될 수 있으며, 메틸화의 각 사이트에 더 많은 기능적 다양성을 제공합니다. 예를 들어,히스톤 H3 (H3K4me1와 H3K4me3) 의 K4에 mono-와 tri-methylation 모두 활성화 마커입니다., 그러나 독특한 뉘앙스를 가지고 있습니다: H3K4me1은 일반적으로 트랜스크립션 강화자를 표시하고, H3K4me3는 유전자 프로모터를 표시합니다.K36의 트리 메틸레이션 (H3K36me3) 은 유전자 몸의 변환된 영역과 관련된 활성화 마커입니다..

반면 히스톤 H3 (H3K9me3 및 H3K27me3) 의 K9 및 K27에 트리 메틸레이션은 독특한 기능을 가진 억제 신호입니다.H3K27me3는 배아줄기세포의 발달 조절자를 제어하는 프로모터 영역에서 일시적인 신호입니다.한편, H3K9me3는 위성 반복과 같은 탕덤 반복 구조를 가진 유전자가 부족한 염색체 영역에서 heterochromatin 형성을 위한 영구 신호입니다.텔로미어이 염색체에는 염색체 중 하나인 X 염색체, 염색체 중 하나인 X 염색체, 염색체 중 하나인 X 염색체, 염색체 중 하나인 X 염색체, 염색체 중 하나인 X 염색체, 염색체 중 하나인 X 염색체, 염색체 중 하나인 X 염색체 등이 있다.H3K27me3가 상호 유전자와 침묵된 코딩 영역에서, H3K9me3가 주로 활성 유전자의 코딩 영역에서.

효소 조절

히스톤 메틸레이션은 여러 세포 분열을 통해 전파되는 안정적인 표지이며, 수년 동안 돌이킬 수 없다고 생각되었습니다.최근에는 활발하게 조절되고 역행 가능한 과정이라는 것이 밝혀졌습니다..

메틸레이션: 히스톤 메틸 트랜스퍼레이스 (HMT)

• 리신

SET 도메인을 함유한 (히스토인 꼬리)

SET 도메인을 포함하지 않는 것 (히스톤 코어)

• 아르기닌

PRMT (프로테인 아르기닌 메틸 트랜스페라세스) 가족

디메틸레이션: 히스톤 디메틸레이스

• 리신

KDM1/LSD1 (리신 특유 디메틸레이스 1)

JmjC (Jumonji 도메인을 포함)

• 아르기닌

PAD4/PADI4

포스포릴레이션

히스톤 광소화는 세포분열, 전사 조절 및 DNA 손상을 복구하는 과정에서 염색체 응축의 중요한 중간 단계입니다. (Rossetto et al., 2012, Kschonsak et al.,2015년)아세틸레이션과 메틸레이션과 달리 히스톤 광소화는 다른 히스톤 변형 사이의 상호 작용을 설정하고 효과 단백질의 플랫폼으로 작용합니다.그 결과 아래 계류의 일련의 사건들이.

포스포릴레이션은 모든 핵심 히스톤에서 발생하며 각각에 다른 영향을 미칩니다. 히스톤 H3의 포스포릴레이션은 세린 10 및 28에서, 히스톤 H2A는 T120에서,크로마틴 압축과 미토시스 중에 크로마틴 구조와 기능의 조절에 관여합니다.이 세포들은 세포주기와 세포 성장의 중요한 표지물이며, 유카리오트 전체에서 보존됩니다.S139에서 H2AX의 인산화 (γH2AX로 이어지는) 는 DNA 손상 복구 단백질을 위한 채용점으로 작용합니다 (Lowndes et al.., 2005, Pinto et al., 2010) 는 DNA 이중 나선 파열 후 발생하는 가장 초기 사건 중 하나입니다.H2B 광소화는 잘 연구되지 않았지만 아포포토스와 관련된 크로마틴 응집을 촉진하는 것으로 나타났습니다.DNA 분해와 세포 사망 (Füllgrabe et al., 2010).

유비키틸레이션

모든 히스톤 핵 단백질은 유비키티레이션이 가능하지만 H2A와 H2B는 가장 흔하며 핵에서 가장 높은 유비키티레이션 단백질 중 두 개입니다 (Cao et al., 2012).히스톤 유비쿼틸레이션 은 DNA 손상 반응 에 중추적 인 역할 을 한다.

히스톤 H2A, H2B 및 H2AX의 단소화 (monoubiquitylation) 는 DNA 이중 나선 파열 부위에서 발견된다. 가장 일반적인 형태는 K119에서 단소화 (monoubiquitylated) 된 H2A와 K123 (예스트) / K120 (추리동물) 에서 H2B이다.모노비키티레이트 된 H2A는 또한 유전자 침묵과 관련이 있습니다., H2B는 또한 트랜스크립션 활성화와 관련이 있습니다.

폴리 유비키티레이션은 덜 흔하지만 DNA 수리에도 중요합니다. K63에 있는 H2A와 H2AX의 폴리 유비키티레이션은 RAP80과 같은 DNA 수리 단백질의 인식 사이트를 제공합니다.

효소 조절

다른 히스톤 변형과 마찬가지로, H2A와 H2B의 단소비키티레이션은 역행 가능하며 히스톤 유비키틴 리가스 및 deubiquitylating 효소에 의해 엄격하게 조절됩니다.

모노비키틸레이션

• H2A: 폴리컴브 그룹 단백질
• H2B: Bre1 (예스트) 및 그 동종 RNF20/RNF40 (유충)

폴리유비키틸레이션

• H2A/H2AX K63: RNF8/RNF168
   

히스톤 변형에 대한 빠른 참조 가이드

표 1. 가장 흔한 히스톤 변형 및어디서 찾을 수 있을까요?

CHIP에 의한 히스톤 변형 연구

CHIP는 항체를 사용하여 관심있는 단백질이나 변형과 함께 결합하는 DNA를 분리합니다. (그림 5).그 다음 DNA는 염기서열화되고 유전체에 매핑되어 단백질 또는 변형의 위치와 풍부함을 식별합니다..

그림 2: 히스톤 변형 CHIP

항체는 변형 된 히스톤 꼬리에 직접 결합합니다. 면역 분비 및 DNA 정화로 인해 변형이 차지하는 게놈 영역을 고립하고 식별 할 수 있습니다.

CHIP 실험에서 특정 히스톤과 히스톤 변형에 대한 항체를 이용하면

• 더 높은 순위의 크로마틴 구조, 예를 들어 H3K9me3 마크 헤테로 크로마틴 및 위성 반복
• 활성 또는 침묵 유전자와 유전자 프로그램, 예를 들어 AH3K9ac는 유전자 활성화를 표시합니다.
• 프로모터와 강화제와 같은 유전적 요소, 예를 들어 H3K27me3는 유전자 풍부한 지역에서 프로모터, H3K4me1는 활성 강화제를 표시합니다.

히스톤 변형의 기능이 알려져 있다면, CHIP는 이 히스톤 변형 서명과 유전체 전체에 해당하는 기능을 가진 특정 유전자와 영역을 식별할 수 있습니다.이 유전자와 영역은 그 다음 관심 있는 생물학적 과정에서의 역할에 대해 더 자세히 조사 할 수 있습니다.예를 들어, H3K4me1에 대한 ChIP를 사용하면 유전체 전체의 활성 강화자의 위치와 염기서열을 밝혀 흥미있는 유전자와 유전 프로그램을 가리킬 수 있습니다.

또는 히스톤 변형의 기능이 알려지지 않으면 CHIP는 이 서명으로 염기서열, 유전자 및 위치를 식별할 수 있습니다.그 다음에는 변형의 기능을 추론하는 데 사용할 수 있습니다이 기술은 히스톤 코드의 많은 부분을 해독하는 데 중추적이었고, 유비쿼틸레이션과 다른 새로운 표시와 같은 새로 발견 된 수정 기능의 기능을 확인하는 데 여전히 가치가 있습니다.

히스톤을 변형시키는 효소: 작사 및 지우기
- 네

히스톤 변형은 특정 효소들에 의해 히스톤 단백질에서 동적으로 추가되고 제거됩니다.,그리고 어떤 수준에서, 궁극적으로 특정 유전 프로그램과 세포 과정이 활성화되거나 차단되는지를 제어합니다.

표 2. 히스토나 기록기와 지우는 주요 범주:

수정 경로와 특정 작성자와 지우는 것을 식별하면 다음과 같은 것을 밝혀낼 수 있습니다.

• 관련 세포 경로, 유전 프로그램 및 생리학적 효과 추가 조사.예를 들어, 히스톤 디아세틸라세스 (HDAC) 는 면역 발달 경로를 활성화시키며, 히스톤 아세틸 트랜스페라세스 (HAT) 는 분화와 증식에서 중요한 역할을 합니다.
• 글쓰기와 지우는 것 사이의 불균형은 유전적 프로그래밍을 변화시키고 질병 과정에 기반을 두고 있습니다.이러한 불균형과 관련된 특정 효소들의 특징을 파악하면 암에서 자가면역질환에 이르기까지 질병 병리학에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
• 새로운 약물 표적과 치료 전략불균형이 확인되면, 이 효소의 활동에 영향을 미치고 불균형을 바로 잡을 수 있는 약물을 개발할 수 있습니다.지금까지 의학적인 노력에서 벗어난 질병에 대한 새로운 치료 전략을 제시합니다.예를 들어, 많은 HDAC 억제제는 암과 관절염과 제1형 당뇨병과 같은 염증성 질환에 대한 신약으로 개발되고 있습니다.

의약품 개발 노력을 위해, 화합물은 작가와 지우기 활동에 미치는 영향을 쉽게 검사 할 수 있습니다.

히스톤 메틸화 경로를 특징짓는

일반적으로 히스톤 메틸 트랜스페라세 (HMT) 검사는 개발에 어려움이 있으며, 대부분 검사의 설계로 인해 여러 가지 단점이 있습니다. 전형적인 HMT 검사는3H-SAM은 메틸 기증자로 측정하고 S-adenosylhomocysteine (SAH) 는 메틸화 반응의 일반적인 부산물입니다.

• 방사성 물질 취급
• 낮은 k를 극복하기 위한 높은 감수성_고양이(매출량은 일반적으로 < 1 min-1) 및 K_M메틸 기증자, SAM에 대한 값
• 특정 HMT의 활동을 평가하기 위해 효소/단백질 복합체의 사전 정화

Abcam HMT 활동 분석은 특정 메틸화된 제품을 탐지하는 항체로 특정 HMT의 활동을 평가하여 이러한 어려움을 극복하고 다음과 같이 제공합니다.

• 방사능 없이 색소 측정 또는 형광 측정으로 쉽게 검출
• 핵 추출물 또는 정제된 단백질과 호환성 (검사 결과는 관심 있는 변형에 특이합니다)
• 데이터 3시간

디메틸레이스 활동의 특징

히스톤 디메틸레이스 활동 측정은 일반적으로 디메틸레이션의 부산물인 포름알데히드 형성을 측정합니다. 따라서 세정제,티올 그룹 및 이온 범위메틸레이션 분석과 마찬가지로, 이러한 분석은 어떤 데메틸레이스에도 특이하지 않으며 정제 된 단백질로만 수행 할 수 있습니다.

Abcam의 히스톤 데메틸레이스 검사는 직접적으로 데메틸화 된 제품의 형성을 측정하여 다음과 같은 사항을 제공함으로써 이러한 문제를 회피합니다.

• 포름알데히드 기반 검사보다 민감도가 높습니다 (20~1,000배)
• 티올, 세정제 또는 이온의 간섭 없이 더 정확한 데이터
• 핵 추출물 또는 정제된 단백질과 호환성 (관련 변경에 대한 분석의 특수성 때문에)
• 포유류 세포/조직, 식물 및 박테리아를 포함한 광범위한 종에서 디메틸라세 활동을 측정합니다.
• 간단한 컬로미트릭 또는 플루오로미트릭 판독으로 빠른 마이크로플릿 형식
• 데이터 3시간

히스톤 아세틸레이션 경로를 특징짓는

Abcam는 전체적인 HAT 활동과 H4 특성을 분석하는 키트를 제공합니다. 이러한 분석은 HAT에 의해 촉매된 아세틸 그룹의 아세틸-CoA 기증자에서 히스톤 펩타이드로 전송을 측정합니다.아세틸화 펩타이드와 CoA-SH를 생성합니다.그 다음 CoA-SH 부산물은 색소 측정 또는 플루오로미터 방법을 사용하여 측정됩니다.

• 컬러미트릭 분석- CoA-SH는 분광광학적으로 검출 가능한 제품을 생성하기 위해 용해성 테트라졸륨 염료와 반응하는 NADH를 생산하는 필수 코엔지임으로 작용합니다.이 검사는 운동 연구에 이상적입니다., 지속적인 검출과 함께
• 플루오로메트릭 검사- CoA-SH는 개발자와 프로브와 반응하여 플루오로메트릭으로 검출되는 제품을 생성합니다.

히스톤 디아세틸라스 활동의 특징

HDAC 단백질은 기능과 DNA 염기서열 유사성에 따라 네 가지 주요 그룹 (클래스 I, IIA, IIB, III, IV) 에 분류됩니다.그리고 IIB는 트리코스타틴 A (TSA) 에 의해 활동을 억제하는 "전통적인"HDAC로 간주됩니다., 반면 III 클래스는 NAD의 가족입니다+TSA에 영향을 받지 않는 의존성 단백질 (시르투인 (SIRT)) IV 클래스는 다른 DNA 염기서열과 유사성을 기반으로 독자적으로 비정상적인 클래스로 간주됩니다.

이 클래스 각각은 다른 세포 프로그램과 연관되어 있으며 다양한 플루오로메트릭 검사로 개별적으로 검사 될 수 있습니다. 예를 들어,SIRT는 일반적으로 암과 신경 질환과 관련이 있습니다.SIRT 활동을 탐지하거나 SIRT 활동에 영향을 미치는 약물을 식별하면 이러한 질병에 대한 새로운 진단 또는 치료 전략을 제시 할 수 있습니다.

플루오로메트릭 분석은 아미노 및 카복실 단위로 플루오포르와 진압제를 가진 아세틸레이트 된 펩타이드 기판을 사용합니다. 기판이 디아세틸레이트되면 펩티다즈에 의해 갈라질 수 있습니다.방화기에서 플루오로포를 방출합니다.플루오로포어의 형광 강도의 후속 증가는 디아세틸라스 활동에 직접 비례합니다.

필자와 지우는 것을 억제합니다.

작은 분자를 사용하여 이러한 변형 효소를 억제하고 히스톤 변형의 참여와 생물학적 기능을 탐구하기 위해 하류 결과를 평가하는 것이 유용 할 수 있습니다. 따라서글쓰기의 억제제와 지우는 것은 후유전적 변형 경로의 역할을 이해하는 데 중요한 도구입니다.그들은 또한 학계와 산업적 맥락에서 임상 전 연구의 맥락에서 "약용"목표의 검증을 위해 필수적입니다.

히스톤 변형 리더/번역기

히스톤 변형은 크로마틴의 물리적 특성을 조절하고 그에 따른 전사 상태를 조절합니다.직접적으로 (예: 부정적으로 충전된 DNA를 퇴치하여 열린 크로마틴 형성을 생성하는 아세틸 그룹) 또는 효소자로 불리는 단백질 어댑터를 통해효능 단백질은 특정 후천적 표지에 대해 인식하고 결합하고, 그 후 크로마틴 구조를 변화시키기 위해 분자 기계를 채용합니다.이 후생성 판독기 는 히스톤 코드 를 행동 으로 옮기면서 히스톤 변형 의 기능적 결과 를 결정 한다.

효소 도메인은 특정 히스톤 변형을 인식합니다.

효과 단백질은 모듈로 알려진 효과 영역을 통해 히스톤 변형 표시를 인식하고 결합합니다. (표 3).

이 모듈들은 모듈의 결합 주머니를 덮는 아미노산으로 특정 히스톤 변형을 인식합니다.이 결합 포켓 외부의 잔류물 (특히 N+2 및 N-2 위치) 는 변형되는 히스톤 및 아미노산 잔류물 (예를 들어 H3K4 대 H4K20) 의 특수성을 결정합니다..

결합 주머니 내부 또는 외부의 잔류의 가벼운 변화는 유사한 후천적 표지를 인식 할 수 있습니다. 예를 들어 효과 단백질은 모노, 디,또는 메틸 결합 모듈의 구조에 약간의 변화가있는 트리 메틸화 상태예를 들어, 튜더 도메인은 di 또는 tri-methylated lysines에만 결합 할 수 있으며, PHD 손가락 모듈은 둘 다 또는 변형되지 않은 lysines에만 결합 할 수 있습니다 (Ruthenburg et al., 2007).

다원성은 히스톤 코드 복잡성을 가능하게 한다

여러 히스톤 결합 모듈은 종종 같은 단백질 및/또는 단백질 복합체에서 발견되며, 이는 히스톤 변형의 특정 조합을 인식할 수 있다.이것은 더 복잡한 히스톤 코드를 가능하게 합니다., 히스톤 변형이 고립적으로 해석되는 대신 서로 상호 작용합니다.

복합적 특수성과 향상된 친밀감으로 분리 된 표시 패턴을 인식하기 위해 히스톤 변형의 다중적 참여가 중요합니다.또한 다양하고 정확한 하류 행동을 가능하게 합니다.예를 들어, 단일 후천적 표시 (H3K4me3와 같이) 는 한 맥락에서 유전자 전신을 활성화 할 수 있지만 주변 표시에 따라 다른 맥락에서 억제 할 수 있습니다.표 4에는 히스톤 변형의 다른 조합의 기능적 연관성 (Ruthenburg et al.., 2007).

표 4. 함께 존재하는 히스톤 및 DNA 변형의 기능적 연관성:

단백질 또는 복합체 내의 여러 효과 모듈은 같은 히스토나 및/또는 핵종에 있는 히스토나 변형과 상호작용할 수 있다. 이러한 상호작용은 다음과 같이 분류될 수 있다:

인트라뉴클레오소마:같은 핵종에 결합하는

• 시스 히스톤: 같은 히스톤 꼬리에 결합
• 트랜스 히스톤: 다른 히스톤 꼬리에 결합

중핵소매:서로 다른 핵종에 결합

• 인접 브리딩: 인접 뉴클레오솜에 결합
• 불연속 브리딩: 인접하지 않은 핵종에 결합

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