Histonová metylace

Mechanismus známý jako histonová metylace je posttranslační epigenetická modifikace, která zahrnuje přenos metylových skupin na histonové proteiny prostřednictvím histonových metyltransferáz (HMT). Metylové skupiny se přidávají do „ocásků“, které vyčnívají z histonových proteinů, což je nejčastější místo posttranslačních modifikací, zejména N-terminálních ocásků. Alternativou histonové demetylace je odstraňování metylových skupin z histonových ocásků katalyzované histonovými demetylázami (HDM). Histonová metylace a histonová demetylace jsou epigenetické modifikace, které mají schopnost snížit nebo posílit genovou expresi, zejména v důsledku změny struktury chromatinu.

Histon je protein, který pomáhá tvořit strukturu chromatinu, který se skládá z proteinových oktamerů obalených DNA. Tyto oktamery se skládají z duplikátů čtyř základních histonů (H2A, H2B, H3 a H4). Tato jednotka chromatinu se běžně nazývá nukleosom. K potlačení nebo aktivaci transkripce může dojít v důsledku metylace nebo demetylace histonů v důsledku rozvolnění nebo omezení struktury chromatinu. Heterochromatin a euchromatin označují chromatinovou strukturu, která se skládá buď z pevně, nebo volně zabalené DNA kolem histonů. Heterochromatin je transkripčně neaktivní, zatímco euchromatin je transkripčně aktivní.

Kde a kolik metylových skupin je přidáno k histonům, do značné míry určuje, zda je chromatin k dispozici pro transkripci, nebo ne. Ocasní zbytky – lysin (K) a arginin (R) – mohou být metylovány v různé míře s různými výsledky. Například když je histon H4 monometylován na lyzinu 20 (H4K20me1), vede tato běžná modifikace histonu ke kontrakci chromatinu. Omezení struktury chromatinu brání transkripci a snižuje expresi genů. Alternativně vede monomethylace histonu H3 na argininu 17 (H3R17me1) k aktivaci transkripce.

Metylace lysinu se podílí jak na transkripční aktivaci (H3K4, K36, K79), tak na umlčování (H3K9, K27, H4K20) a studium účinků těchto modifikací histonů umožní vědcům lépe pochopit, jak přenos nebo odstranění různého množství metylových skupin na různé lysinové nebo argininové zbytky nebo z nich ovlivní genovou expresi. „Histonový kód“ se pokouší popsat způsob, jakým modifikace histonů fungují společně v různých kombinacích při řízení určitých buněčných procesů.

Měřením modifikací histonů mohou vědci odhalit nové epigenetické poznatky o buněčných procesech a chorobných stavech. Abnormální modifikace jsou například spojovány s řadou různých onemocnění, od rakoviny přes autoimunitní poruchy až po zánětlivá a neurologická onemocnění. Kromě lepšího pochopení epigenetických základů patologických chorobných procesů může detekce histonových modifikací také pomoci při vývoji léků cílených na histonové modifikace.

Se sadou EpiQuik Histone H3 Modification Multiplex Assay Kit můžete získat celkový přehled o stavu histonových modifikací vašeho vzorku. Tato metoda podobná testu ELISA vyžaduje pouze standardní čtečku mikrotitračních destiček. Ušetřete čas a peníze současným měřením 21 různých modifikací histonu H3, které zahrnují všechny nejdůležitější a dobře charakterizované vzory:

.

H3K4me1	H3K4me2	H3K4me3	H3K9me1	H3K9me2	H3K9me3
H3K27me1	H3K27me2	H3K27me3	H3K36me1	H3K36me2	H3K36me3
H3K79me1	H3K79me2	H3K79me3	H3K9ac	H3K14ac	H3K18ac
H3K56ac	H3ser10P	H3ser28P	Celkem H3	H3

Sada EpiQuik Histone H4 Modification Multiplex Assay Kit umožňuje jednoduché měření 10 různých modifikací histonu H4, formátu podobném testu ELISA, který zahrnuje téměř všechna modifikovaná místa histonu H4:

.

H4K5ac	H4K8ac	H4K12ac	H4K16ac	H4R3me2a	H4R3me2s
H4K20me1	H4K20me2	H4K20me3	H4ser1	Celkem H4

Histonová acetylace

Histonová acetylace je epigenetická modifikace charakterizovaná přidáním acetylové skupiny na histonové proteiny, konkrétně k lysinovým zbytkům v N-koncovém ocásku. Tuto modifikaci histonů katalyzují enzymy známé jako histon acetyltransferázy (HAT). Dva různé typy HAT – cytoplazmatické a jaderné – jsou určeny na základě intracelulární lokalizace a histonové specifity. Alternativně působí histondeacetylázy (HDAC), které odstraňují acetylové skupiny v procesu známém jako deacetylace histonů.

Podobně jako jiné modifikace histonů ovlivňuje acetylace/deacetylace histonů strukturu chromatinu a následně genovou expresi tím, že činí DNA více či méně přístupnou transkripci. Acetylace lysinových zbytků vede k transkripčně aktivní struktuře chromatinu (euchromatin) a deacetylace vede k neaktivní, kondenzované struktuře chromatinu (heterochromatin).

Existují čtyři hlavní třídy HDAC: Třída I, třída II, třída III a třída IV. HDAC1, HDAC2, HDAC3 a HDAC8 patří do třídy I. HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9 a HDAC10 patří do třídy II. Sedm sirtuinů, včetně SIRT1 až SIRT7, patří do třídy III. A konečně do třídy IV patří pouze HDAC11. Tyto klasifikace jsou založeny na jejich homologii s kvasinkovými proteiny.

Studiem acetylace a deacetylace histonů mohou vědci získat větší přehled o „histonovém kódu“. Tento výzkum může také přispět k vývoji léků cílených na HDAC. Například inhibitory histonové deacetylázy (HDACi) se často používají jako stabilizátory nálady a antiepileptika a v poslední době se uplatňují jako možné léky na rakovinu, neurodegenerativní a zánětlivá onemocnění. Zajímavé je, že inhibitory HDAC mají specifitu vůči nádorovým buňkám, což může vysvětlovat jejich široké využití jako protinádorových léčiv.
Viz Histonová acetylace & Deacetylační soupravy

Histonová fosforylace

Histonová fosforylace je posttranslační modifikace, která ovlivňuje serinové, threoninové a tyrosinové zbytky. Zahrnuje přidání fosforylové skupiny na ocasy histonů, což může hrát roli při remodelaci chromatinu. Je možné, aby byly fosforylovány všechny čtyři nukleozomální histonové ocasy. Jedna z nejznámějších funkcí fosforylace histonů zahrnuje buněčnou odpověď na poškození DNA. Přestože bylo objeveno mnoho fosforylačních míst, v rámci probíhajícího epigenetického výzkumu jsou odhalována nová místa.
Viz Soupravy pro fosforylaci histonů

.