Metilación de las histonas

El mecanismo conocido como metilación de las histonas es una modificación epigenética postraduccional que implica la transferencia de grupos metilo a las proteínas histónicas a través de las histonas metiltransferasas (HMT). Los grupos metilo se añaden a las «colas» que sobresalen de las proteínas histónicas, que es la ubicación más común para las modificaciones postraduccionales, especialmente las colas N-terminales. Por otro lado, la desmetilación de las histonas consiste en la eliminación de los grupos metilo de las colas de las histonas, catalizada por las desmetilasas de las histonas (HDM). La metilación y la desmetilación de las histonas son modificaciones epigenéticas que tienen el poder de reducir o reforzar la expresión de los genes, especialmente como resultado de la alteración de la estructura de la cromatina.

Una histona es una proteína que ayuda a conformar la estructura de la cromatina, que está compuesta por octámeros de proteínas envueltas en ADN. Estos octámeros están formados por duplicados de cuatro histonas principales (H2A, H2B, H3 y H4). Esta unidad de cromatina se conoce comúnmente como nucleosoma. La represión o activación transcripcional puede producirse como resultado de la metilación o desmetilación de las histonas debido al aflojamiento o restricción de la estructura de la cromatina. La heterocromatina y la eucromatina se refieren a la estructura de la cromatina que consiste en ADN apretado o suelto alrededor de las histonas, respectivamente. La heterocromatina es inactiva desde el punto de vista de la transcripción, mientras que la eucromatina es activa desde el punto de vista de la transcripción.

El lugar y la cantidad de grupos metilo que se añaden a las histonas determinan en gran medida si la cromatina está disponible para la transcripción o no. Los residuos de cola -lisina (K) y arginina (R)- pueden ser metilados en distintos grados con resultados diferentes. Por ejemplo, cuando la histona H4 está monometilada en la lisina 20 (H4K20me1), esta modificación común de las histonas provoca la contracción de la cromatina. La restricción de la estructura de la cromatina impide que se produzca la transcripción y reduce la expresión de los genes. Alternativamente, la monometilación de la histona H3 en la arginina 17 (H3R17me1) conduce a la activación transcripcional.

La metilación de la lisina ha estado implicada tanto en la activación transcripcional (H3K4, K36, K79) como en el silenciamiento (H3K9, K27, H4K20), y el estudio de los efectos de estas modificaciones de las histonas permitirá a los investigadores comprender mejor cómo la transferencia o la eliminación de diferentes cantidades de grupos metilo hacia o desde varios residuos de lisina o arginina repercutirá en la expresión génica. El «código de las histonas» trata de describir el modo en que las modificaciones de las histonas funcionan juntas en varias combinaciones para controlar determinados procesos celulares.

Al medir las modificaciones de las histonas, los investigadores pueden descubrir nuevos conocimientos epigenéticos sobre los procesos celulares y los estados de enfermedad. Las modificaciones anormales, por ejemplo, se han relacionado con numerosas enfermedades diferentes, desde el cáncer hasta los trastornos autoinmunes y las enfermedades inflamatorias y neurológicas. Además de comprender mejor los fundamentos epigenéticos del proceso patológico de la enfermedad, la detección de las modificaciones de las histonas también puede ayudar a desarrollar fármacos dirigidos a las modificaciones de las histonas.

Con el EpiQuik Histone H3 Modification Multiplex Assay Kit, puede obtener una visión global del estado de modificación de las histonas de su muestra. Este método similar al ELISA sólo requiere un lector de microplacas estándar. Ahorre tiempo y dinero midiendo simultáneamente 21 modificaciones diferentes de la histona H3, que incluyen todos los patrones más importantes y bien caracterizados:

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

El EpiQuik Histone H4 Modification Multiplex Assay Kit permite medir 10 modificaciones diferentes de la histona H4 de forma sencilla, formato tipo ELISA, que incluye casi todos los sitios modificados de la histona H4:

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

Acetilación de las histonas

La acetilación de las histonas es una modificación epigenética caracterizada por la adición de un grupo acetilo a las proteínas histónicas, específicamente a los residuos de lisina dentro de la cola N-terminal. Esta modificación de las histonas es catalizada por enzimas conocidas como histona acetiltransferasas (HAT). Los dos tipos diferentes de HAT – citoplásmicas y nucleares – se determinan en función de la localización intracelular y la especificidad de las histonas. Por otra parte, las histonas desacetilasas (HDAC) actúan para eliminar los grupos acetilo en un proceso conocido como desacetilación de las histonas.

De forma similar a otras modificaciones de las histonas, la acetilación/desacetilación de las histonas afecta a la estructura de la cromatina y, a su vez, a la expresión de los genes, haciendo que el ADN sea más o menos accesible a la transcripción. La acetilación de los residuos de lisina conduce a una estructura de cromatina transcripcionalmente activa (eucromatina) y la desacetilación conduce a una estructura de cromatina inactiva y condensada (heterocromatina).

Hay cuatro clases principales de HDACs: Clase I, Clase II, Clase III y Clase IV. Las HDAC1, HDAC2, HDAC3 y HDAC8 pertenecen a la clase I. Las HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9 y HDAC10 pertenecen a la clase II. Siete sirtuinas, incluyendo SIRT1 a SIRT7, pertenecen a la Clase III. Por último, la clase IV está formada únicamente por la HDAC11. Estas clasificaciones se basan en su homología con las proteínas de la levadura.

Al estudiar la acetilación y la desacetilación de las histonas, los investigadores pueden obtener más información sobre el «código de las histonas». Esta investigación también puede contribuir al desarrollo de fármacos dirigidos a las HDAC. Por ejemplo, los inhibidores de la histona deacetilasa (HDACi) se utilizan a menudo como estabilizadores del estado de ánimo y antiepilépticos y, más recientemente, se han aplicado como posible tratamiento del cáncer, las enfermedades neurodegenerativas y las inflamatorias. Curiosamente, se sabe que los inhibidores de HDAC tienen especificidad hacia las células tumorales, lo que puede explicar su amplio uso como fármacos contra el cáncer.
Ver Acetilación de Histonas &Kits de desacetilación

Fosforilación de Histonas

La fosforilación de histonas es una modificación postraduccional que afecta a los residuos de serina, treonina y tirosina. Implica la adición de un grupo fosforilo a las colas de las histonas, lo que puede intervenir en la remodelación de la cromatina. Es posible que las cuatro colas de las histonas nucleosómicas estén fosforiladas. Una de las funciones más conocidas de la fosforilación de las histonas es la respuesta celular al daño del ADN. Aunque se han descubierto numerosos sitios de fosforilación, se están descubriendo nuevos sitios en la investigación epigenética en curso.
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