Metilazione degli istoni

Il meccanismo noto come metilazione degli istoni è una modifica epigenetica post-traslazionale che comporta il trasferimento di gruppi metilici alle proteine istone tramite le metiltransferasi istone (HMT). I gruppi metilici vengono aggiunti alle “code” che sporgono dalle proteine istone, che è la posizione più comune per le modifiche post-traslazionali, specialmente le code N-terminali. In alternativa, la demetilazione degli istoni è la rimozione dei gruppi metilici dalle code degli istoni catalizzata dalle demetilasi degli istoni (HDM). La metilazione e la demetilazione degli istoni sono modifiche epigenetiche che hanno il potere di ridurre o sostenere l’espressione genica, specialmente come risultato dell’alterazione della struttura della cromatina.

Un istone è una proteina che aiuta a comprendere la struttura della cromatina, che è composta da ottameri di proteine avvolte nel DNA. Questi ottameri consistono in duplicati di quattro istoni principali (H2A, H2B, H3 e H4). Questa unità di cromatina è comunemente conosciuta come nucleosoma. La repressione o l’attivazione trascrizionale può avvenire come risultato della metilazione o demetilazione degli istoni a causa dell’allentamento o della restrizione della struttura della cromatina. L’eterocromatina e l’eucromatina si riferiscono alla struttura della cromatina che consiste di DNA strettamente o debolmente imballato intorno agli istoni, rispettivamente. L’eterocromatina è trascrizionalmente inattiva, mentre l’eucromatina è trascrizionalmente attiva.

Dove e quanti gruppi metilici sono aggiunti agli istoni determina in gran parte se la cromatina è disponibile alla trascrizione o meno. I residui di coda – lisina (K) e arginina (R) – possono essere metilati a vari gradi con risultati diversi. Per esempio, quando l’istone H4 è monometilato sulla lisina 20 (H4K20me1), questa comune modifica dell’istone porta alla contrazione della cromatina. La restrizione della struttura della cromatina impedisce la trascrizione e riduce l’espressione genica. In alternativa, la monometilazione dell’istone H3 sull’arginina 17 (H3R17me1) porta all’attivazione trascrizionale.

La metilazione della lisina è stata coinvolta sia nell’attivazione trascrizionale (H3K4, K36, K79) che nel silenziamento (H3K9, K27, H4K20), e studiare gli effetti di queste modifiche degli istoni permetterà ai ricercatori di capire meglio come il trasferimento o la rimozione di diverse quantità di gruppi metilici da o verso vari residui di lisina o arginina avrà un impatto sull’espressione genica. Il “codice degli istoni” cerca di descrivere il modo in cui le modifiche degli istoni funzionano insieme in varie combinazioni per controllare certi processi cellulari.

Misurando le modifiche degli istoni, i ricercatori possono scoprire nuove intuizioni epigenetiche nei processi cellulari e negli stati patologici. Le modifiche anomale, per esempio, sono state collegate a numerose malattie diverse, dal cancro ai disturbi autoimmuni e alle malattie infiammatorie e neurologiche. Oltre a comprendere meglio le basi epigenetiche del processo patologico della malattia, il rilevamento delle modifiche degli istoni può anche aiutare nello sviluppo di farmaci mirati alle modifiche degli istoni.

Con il kit EpiQuik Histone H3 Modification Multiplex Assay, è possibile ottenere una visione globale dello stato delle modifiche degli istoni del campione. Questo metodo simile all’ELISA richiede solo un lettore di micropiastre standard. Risparmia tempo e denaro misurando simultaneamente 21 diverse modifiche dell’istone H3, che includono tutti i modelli più importanti e ben caratterizzati:

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

Il kit EpiQuik Histone H4 Modification Multiplex Assay Kit permette di misurare 10 diverse modifiche dell’istone H4 in un semplice formato simile all’ELISA, formato ELISA-like, che include quasi tutti i siti modificati dell’istone H4:

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

Acetilazione degli istoni

L’acetilazione degli istoni è una modifica epigenetica caratterizzata dall’aggiunta di un gruppo acetile alle proteine istone, in particolare ai residui di lisina all’interno della coda N-terminale. Questa modifica dell’istone è catalizzata da enzimi noti come acetiltransferasi dell’istone (HATs). I due diversi tipi di HATs – citoplasmatici e nucleari – sono determinati in base alla posizione intracellulare e alla specificità dell’istone. In alternativa, le deacetilasi degli istoni (HDAC) agiscono per rimuovere i gruppi acetilici in un processo noto come deacetilazione degli istoni.

Similmente ad altre modifiche degli istoni, l’acetilazione/deacetilazione degli istoni influisce sulla struttura della cromatina e, a sua volta, sull’espressione genica, rendendo il DNA più o meno accessibile alla trascrizione. L’acetilazione dei residui di lisina porta a una struttura cromatinica trascrizionalmente attiva (eucromatina) e la deacetilazione porta a una struttura cromatinica inattiva e condensata (eterocromatina).

Ci sono quattro classi principali di HDACs: Classe I, Classe II, Classe III e Classe IV. HDAC1, HDAC2, HDAC3 e HDAC8 appartengono alla classe I. HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9 e HDAC10 appartengono alla classe II. Sette sirtuine, tra cui SIRT1 e SIRT7, appartengono alla classe III. Infine, la classe IV consiste solo di HDAC11. Queste classificazioni sono basate sulla loro omologia alle proteine del lievito.

Studiando l’acetilazione e la deacetilazione degli istoni, i ricercatori possono ottenere una maggiore comprensione del “codice degli istoni”. Questa ricerca può anche contribuire allo sviluppo di farmaci mirati all’HDAC. Per esempio, gli inibitori dell’istone deacetilasi (HDACi) sono spesso usati come stabilizzatori dell’umore e anti-epilettici e più recentemente sono stati applicati come possibile trattamento del cancro, delle malattie neurodegenerative e infiammatorie. È interessante notare che gli inibitori HDAC sono noti per avere specificità verso le cellule tumorali, il che può spiegare il loro uso diffuso come farmaci antitumorali.
Vedi Acetilazione dell’Istone &Kit di Deacetilazione

Fosforilazione dell’Istone

La fosforilazione dell’istone è una modifica post-traslazionale che colpisce i residui di serina, treonina e tirosina. Comporta l’aggiunta di un gruppo fosforilico alle code degli istoni, che può avere un ruolo nel rimodellamento della cromatina. È possibile che tutte e quattro le code degli istoni nucleosomiali siano fosforilate. Una delle funzioni più note della fosforilazione degli istoni coinvolge la risposta cellulare ai danni al DNA. Sebbene siano stati scoperti numerosi siti di fosforilazione, nuovi siti vengono scoperti nella ricerca epigenetica in corso.
Vedi Kit di fosforilazione degli istoni