H4K16ac
H4K16ac är en epigenetisk modifiering av DNA -förpackningsproteinet Histone H4 . Det är ett märke som indikerar acetyleringen vid den 16:e lysinresten av histon H4-proteinet.
H4K16ac är ovanligt eftersom det har både transkriptionell aktivering OCH undertryckande aktiviteter.
Förlusten av H4K20me3 tillsammans med en minskning av H4K16ac är en stark indikator på cancer.
Lysinacetylering och deacetylering
Proteiner acetyleras vanligtvis på lysinrester och denna reaktion är beroende av acetyl-koenzym A som acetylgruppdonator. Vid histonacetylering och deacetylering acetyleras och deacetyleras histonproteiner på lysinrester i den N-terminala svansen som en del av genreglering . Vanligtvis katalyseras dessa reaktioner av enzymer med histonacetyltransferas (HAT) eller histondeacetylas (HDAC) aktivitet, även om HAT och HDAC kan modifiera acetyleringsstatusen för icke-histonproteiner också.
Regleringen av transkriptionsfaktorer, effektorproteiner, molekylära chaperoner och cytoskelettproteiner genom acetylering och deacetylering är en betydande posttranslationell regleringsmekanism. Dessa regleringsmekanismer är analoga med fosforylering och defosforylering genom verkan av kinaser och fosfataser . Inte bara kan acetyleringstillståndet för ett protein modifiera dess aktivitet utan det har nyligen förekommit att denna posttranslationella modifiering också kan överhöra med fosforylering , metylering , ubiquitination , sumoylering och andra för dynamisk kontroll av cellulär signalering.
Inom epigenetikområdet har histonacetylering (och deacetylering ) visat sig vara viktiga mekanismer i regleringen av gentranskription . Histoner är dock inte de enda proteinerna som regleras av posttranslationell acetylering.
Nomenklatur
H4K16ac indikerar acetylering av lysin 16 på histon H4 proteinsubenhet:
| Abbr. | Menande |
| H4 | H4 familj av histoner |
| K | standardförkortning för lysin |
| 16 | position för aminosyraresten (räknat från N-terminalen) |
| ac | acetylgrupp |
Histon modifieringar
Det genomiska DNA från eukaryota celler är lindat runt speciella proteinmolekyler som kallas histoner . Komplexen som bildas av öglan av DNA är kända som kromatin . Den grundläggande strukturella enheten för kromatin är nukleosomen : denna består av kärnoktameren av histoner (H2A, H2B, H3 och H4) samt en länkhiston och cirka 180 baspar av DNA. Dessa kärnhistoner är rika på lysin- och argininrester. Karboxyl (C) terminala änden av dessa histoner bidrar till histon-histon-interaktioner, såväl som histon-DNA-interaktioner. De amino(N)-terminalladdade svansarna är platsen för de posttranslationella modifieringarna, såsom den som ses i H3K36me3 .
Epigenetiska implikationer
Den post-translationella modifieringen av histonsvansar av antingen histonmodifierande komplex eller kromatinremodelleringskomplex tolkas av cellen och leder till komplex, kombinatorisk transkriptionell produktion. Man tror att en histonkod dikterar uttrycket av gener genom en komplex interaktion mellan histonerna i en viss region. Den nuvarande förståelsen och tolkningen av histoner kommer från två storskaliga projekt: ENCODE och den epigenomiska färdplanen. Syftet med den epigenomiska studien var att undersöka epigenetiska förändringar över hela genomet. Detta ledde till kromatintillstånd som definierar genomiska regioner genom att gruppera interaktionerna mellan olika proteiner och/eller histonmodifieringar tillsammans. Kromatintillstånd undersöktes i Drosophila-celler genom att titta på bindningsplatsen för proteiner i genomet. Användning av ChIP-sekvensering avslöjade regioner i genomet som kännetecknas av olika bandning. Olika utvecklingsstadier profilerades även i Drosophila, betoning lades på histonmodifieringsrelevans. En titt på de erhållna uppgifterna ledde till definitionen av kromatintillstånd baserat på histonmodifieringar.
Det mänskliga genomet kommenterades med kromatintillstånd. Dessa annoterade tillstånd kan användas som nya sätt att annotera ett genom oberoende av den underliggande genomsekvensen. Detta oberoende från DNA-sekvensen framtvingar den epigenetiska naturen hos histonmodifieringar. Kromatintillstånd är också användbara för att identifiera regulatoriska element som inte har någon definierad sekvens, såsom förstärkare . Denna ytterligare nivå av annotering möjliggör en djupare förståelse av cellspecifik genreglering.
Betydelse
För det andra kan det blockera funktionen hos kromatinremodellerare. För det tredje neutraliserar det den positiva laddningen på lysiner. Acetylering av histon H4 på lysin 16 (H4K16Ac) är särskilt viktig för kromatinstruktur och funktion i en mängd olika eukaryoter och katalyseras av specifika histonlysinacetyltransferaser (HAT). H4K16 är särskilt intressant eftersom detta är det enda acetylerbara stället för den H4 N-terminala svansen och kan påverka bildandet av en kompakt kromatinstruktur av högre ordning. Hypoacetylering av H4K16 verkar orsaka försenad rekrytering av DNA-reparationsproteiner till platser för DNA-skada i en musmodell av för tidigt åldrande, såsom Hutchinson-Gilford progeria syndrom . H4K16Ac har också roller i transkriptionell aktivering och underhåll av eukromatin .
Aktivering och förtryck
H4K16ac är ovanligt eftersom det är associerat med både transkriptionell aktivering och repression. Bromdomänen av TIP5, en del av NoRC, binder till H4K16ac och sedan tystar NoRC-komplexet rDNA med HAT och DNMT .
Det finns också en minskning av nivåerna av H3K56ac under åldrandet och en ökning av nivåerna av H4K16ac. Ökad H4K16ac i gamla jästceller är associerad med minskningen av nivåerna av HDAC Sir2, vilket kan öka livslängden vid överuttryck.
Cancermarkör
Förlusten av det repressiva H4K20me3-märket definierar cancer tillsammans med en minskning av aktiverande H4K16ac-märke. Det är inte klart hur förlusten av ett repressivt och ett aktiverande märke är en indikator på cancer. Det är inte klart exakt hur men denna minskning sker vid repetitiva sekvenser tillsammans med generell reducerad DNA-metylering.
Metoder
Histonmärkets acetylering kan detekteras på en mängd olika sätt:
1. Chromatin Immunoprecipitation Sequencing ( ChIP-sequencing ) mäter mängden DNA-anrikning när den har bundits till ett målprotein och immunoutfällts . Det resulterar i god optimering och används in vivo för att avslöja DNA-proteinbindning som förekommer i celler. ChIP-Seq kan användas för att identifiera och kvantifiera olika DNA-fragment för olika histonmodifieringar längs en genomisk region.
2. Mikrokock-nukleassekvensering ( MNase-seq ) används för att undersöka regioner som är bundna av välpositionerade nukleosomer. Användning av mikrokocknukleasenzymet används för att identifiera nukleosompositionering. Väl positionerade nukleosomer ses ha anrikning av sekvenser.
3. Analys för transposastillgänglig kromatinsekvensering ( ATAC-seq ) används för att titta in i regioner som är nukleosomfria (öppet kromatin). Den använder hyperaktiv Tn5-transposon för att framhäva nukleosomlokalisering.