Ремоделлинг хроматина. Варианты гистонов. нкРНК

Модуль 2. Ремоделлинг хроматина.
Варианты гистонов. нкРНК
Ирина Шалагинова
Ремоделлинг хроматина
ATP-зависимые эпигенетические факторы, которые используют энергию АТФ
для перемещения нуклеосомы:
•
Делают хроматин менее плотным и более плотным
•
Разбирают нуклеосомы вокруг TSS
•
Позиционирование гистонов
•
Поворот нуклеосом
Ремоделлинг хроматина
Ремоделлинг хроматина
Три основных типа мульти-белковых комплексов, каждый из которых имеет
специфические связывающие домены (распознают специфические
модификации хвостов) и АТФазы.
Ремоделлинг хроматина
Почти все они необходимы для жизнеспособности млекопитающих (нокаутные
исследования).
* Тканеспецифическая делеция имеет важную роль в дифференцировке, когда
изменения экспрессии генов должны быть быстрыми.
Ремоделлинг хроматина
Комплексы ремоделирования хроматина распознают модификации гистонов
(модифицированный гистоновый хвост, ac или me).
Иерархия?
Некоторые комплексы обладают способностью как модифицировать гистоны,
так и действовать как ремоделлеры хроматина (NURD-содержит белок HDAC
для деацетилирования гистонов и белок Chd3 / 4 для ремоделирования
нуклеосом).
Резюме
Резюме
Варианты гистонов
Существуют варианты H2A, H3 and H1.
Каждый вариант имеет специфические свойства и отличается от канонических
гистонов.
•
Могут увеличивать или снижать стабильность нуклеосомы
•
Некоторое аминокислоты могут быть модифицированы, чего нет в
каноническом белке (например Ser может быть фосфорилирован)
•
Что-то еще, чего мы пока не знаем
Варианты гистонов
Как встраиваются варианты гистонов в нуклеосомы?
С помощью комплексов ремоделирования (АТФ-зависимое)
•
Может происходить во время репликации и без нее (клетке не обязательно
делиться)
Варианты гистонов
Centromeric histone variants – e.g. CENP-A (у разных видов разное название)
•
Специфично для центромер
Centromere
Варианты гистонов H2A.X
•
Участвуют в репарации ДНК
•
Очень консервативный вариант
•
C терминаль отличается от канонической
•
Serine в позиции 139 может быть фосфорилирован
•
H2A.X-ph, называют γ-H2A.X, локализован около разрывов двойной цепи
Варианты гистонов H2A.X
•
S139 фосфорилируется киназами около DSB (double-strand breaks)
•
γ-H2A.X привлекает DNA repair белки, в том числе эпигенетические факторы,
которые меняют состояние хроматина около DSB
•
Чтобы починить ДНК нужно вернуть все основания, значит надо расплести
двойную цепь, восстановить и опять заплести
•
После репарации фосфатаза отрезает фосфатную группу
Варианты гистонов MacroH2A
•
Много в инактивированной X хромосоме
•
Только у позвоночных
•
Содержит большой (200 АК) макро домен на C конце
Некодирующие РНК
•
Большой класс молекул РНК разного размера
•
Микро-РНК (миРНК, miRNA) – постранскрипционный сайленсинг генов
•
Piwi-interacting RNA (piRNA, пиРНК) – контролируют активность транспозонов
•
Длинные некодирующие РНК (нкРНК, lncRNA) – управляют экспрессией
генов
микроРНК
Геном человека содержит ~25 тыс генов и 1600 генов миРНК
ДНК
Ядро
Цитоплазма
Ген
Ген миРНК
мРНК
миРНК
Сборка белка
Белок
Связывание
миРНК и мРНК
Сбор белка
блокируется
микроРНК
Биогенез микроРНК
•
>1000 генов миРНК у млекопитающих
•
Зрелая миРНК 19-24bp
•
Репрессия трансляции или деградация мРНК
•
Один белок кодирующий ген может
регулироваться десятками разных миРНК
•
Одна миРНК может регулировать работу
более сотни разных генов
Биогенез микроРНК
Piwi-interacting RNA (piRNA, пиРНК)
•
Контролируют активность транспозонов во время эмбрионального
развития
•
Поддерживают стабильность генома
•
~24-35 bnt
•
Закодированы в теломерных и центромерных областях хромосом,
комплиментарны большинству мобильных элементов, но есть piRNA,
комплементарные рабочим генам.
•
Связываются с PIWI белками (Mili, Miwi1, Miwi2 у млекопитающих)
Piwi-interacting RNA (piRNA, пиРНК)
•
Связываются с PIWI белками (Mili, Miwi1, Miwi2 у млекопитающих)
•
piRNAs Dicer независимы
•
miRNA – только посттрансляционный сайленсинг
•
piRNA кроме посттрансляционного сайленсинга работают как
эпигенетические модификаторы в ядре
Piwi-interacting RNA (piRNA, пиРНК)
Длинные некодирующие РНК
(нкРНК, lncRNA)
•
>200 нт – длина
•
Формируют комплексы с белками, которые регулируют экспрессию генов
Длинные некодирующие РНК
(нкРНК, lncRNA)
•
>200 нт – длина
•
Формируют комплексы с белками, которые регулируют экспрессию генов
Наследуются ли эпигенетические модификации?
Наследуются ли эпигенетические модификации?
2 Cycles of Demethylation
Наследуются ли эпигенетические модификации?
•
Бабушка курила всю жизнь
•
А ожирением страдает внук
•
Это трансгенерационное наследование?
Наследуются ли эпигенетические модификации?
Intrauterine Exposure
Наследуются ли эпигенетические модификации?
Transgenerational Inheritance
Геномный импринтинг
•
Экспрессия только с одной хромосомы (или материнской или отцовской)
•
Фактор роста IGF2
Normal Igf2 allele
is expressed
Paternal
chromosome
Maternal
chromosome
Normal Igf2 allele
is not expressed
Геномный импринтинг
Черная линия – импринтинговые гены – только один цикл деметилирования.
2 Cycles of Demethylation