Məlumat

Histon kodunu necə oxuyursunuz?

Histon kodunu necə oxuyursunuz?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Metilyasiya/asetilləşmənin post-translational modifikasiyalar vasitəsilə histon quyruqlarına necə təsir etdiyini araşdırmağı özümə borc bildim. Bununla belə, bu histon kodunu, xüsusən də Euchromatin üçün necə "oxumaq" mövzusunda çaşqınlıq tapıram.

Mənim problemim həm asetilləşmələr, həm də metilləşmələr olmasıdır. Bu o deməkdirmi ki, lizin 4-ün metilasiyası xromatinin həmin hissəsinin qatılaşmasına səbəb olacaq, lakin lizin 9-un asetilasiyası və s. bu hissənin dekondensasiyasına səbəb olacaq?


"Histon kodu" ORF-dəki bir kodonun həmişə tək bir amin turşusuna çevrildiyi genetik kod kimi deyil. Bu, GC məzmunu və ya CpG adaları kimi bir şeyə daha yaxındır: tək bir nümunə sizə heç nə demir, lakin bəzi sonlu pəncərədə zənginləşdirmə bioloji cəhətdən əhəmiyyətli ola bilər.

Histon kodundakı Vikipediya səhifəsindən başlayaraq əsasları nəzərdən keçirmək istəyə bilərsiniz. Xüsusilə sondakı paraqrafları oxuyun:

Hüceyrədəki hər bir nukleosom müxtəlif modifikasiyalara malik ola bilər ki, bu da histon modifikasiyalarının ümumi nümunələrinin mövcud olub-olmaması sualını doğurur. İnsan gen promotorları arasında 40-a yaxın histon modifikasiyasının son araşdırması, 4000-dən çox fərqli birləşmənin istifadə edildiyini, 3000-dən çoxunun yalnız bir promotorda meydana gəldiyini tapdı. Bununla belə, 3000-dən çox gendə birlikdə mövcud olan 17 histon modifikasiyasından ibarət bir sıra nümunələr aşkar edilmişdir.[13] Buna görə də, histon modifikasiyalarının nümunələri baş verir, lakin onlar çox mürəkkəbdir və biz hazırda nisbətən az sayda modifikasiyanın əhəmiyyəti haqqında ətraflı biokimyəvi anlayışa sahibik.


Təcrübələr hüceyrə bölünməsində &lsquohistone kodunun əsas hissəsini deşifrə edir

Çoxalmaq və ya məhv olmaq. Bu genlər üçün əsasdır. Heç bir şey sonsuza qədər yaşamadığı üçün çoxalma həyatın özünü təmin etməsidir və bu, ən əsası mitoz kimi tanınan hüceyrənin bölünməsi və təkrarlanmasında baş verir. İndi Rokfeller Universitetində aparılan yeni tədqiqatlar DNT-nin uzun tellərini yığcam xromosomlara yığan histon zülallarının kimyəvi modifikasiyası üçün mitozda əsas rolu ətraflı izah edir. Bu yaxınlarda nəşr olunan təcrübələr Elm, həyatın çoxalmasında iştirak edən ən əsas proseslərdən biri olan hüceyrə bölünməzdən əvvəl xromosomların yeni nüsxələrini hüceyrənin əks uclarına ayıran dəqiq vaxta malik hadisələrin getdikcə daha mürəkkəb mənzərəsini əlavə edin.

Xromosom və Hüceyrə Biologiyası Laboratoriyasının rəhbəri Hironori Funabiki deyir: “Biz 30 ildən artıqdır ki, histonların mitoz zamanı bəzədildiyini bilirik, lakin onların funksiyasını həqiqətən başa düşməmişik”. "İndi biz nəhayət bu işarələrdən birinin necə işlədiyini dəqiq deşifrə etdik."

Funabiki deyir ki, tapıntılar Rokfellerin C. David Allis və həmkarları tərəfindən irəli sürülən "histon kodu fərziyyəsi" üçün ciddi dəlillər təqdim edir, hansı ki, histon modifikasiyalarının birləşmələri hüceyrədəki xromosomların bilavasitə mühitinə nəzarət edərək, xüsusi zülalları cəlb edir və ya çıxarır. Xromosomların çoxalmasında iştirak edən geniş molekul və proseslərin dəqiq vaxtının və lokalizasiyasının təşkili biologiyanın əsas möcüzələrindən biridir və həm sağlam həyatın, həm də proses gedən zaman yaranan xərçəng kimi xəstəliklərin əsasını təşkil edir. əyri.

Funabiki, aspirant Cristina Ghenoiu və onların həmkarları ilk dəfə 1980-ci ildə müəyyən edilmiş teronin 3 (H3T3) yerində histon H3-ə fosfat qrupunun əlavə edilməsinə diqqət yetirdilər, lakin onun funksiyası sirr olaraq qaldı. Tədqiqatçılar öz əvvəlki işləri əsasında Aurora B fermentini ehtiva edən hüceyrədəki zülallar qrupunu, xromosom sərnişin kompleksini ayırdılar. Bölünən hüceyrədə xromosomları ayırmaq üçün lazımdır. Bir sıra yeni təcrübələrdə onlar göstərdilər ki, kompleksin başqa bir üzvü Survivin (bu, proqramlaşdırılmış hüceyrə ölümü və ya apoptoz prosesini dayandıran zülallar sinfinə çox oxşardır) H3T3-də fosfat qrupunu tanıyır və öz növbəsində, Aurora B-ni aktivləşdirir.

Tədqiqatçılar müəyyən etdilər ki, xromosomlar ayrıldıqdan sonra xromosomlar düzgün şəkildə yenidən qablaşdırıla bilsin ki, xromosomlar ayrıldıqdan sonra çıxarılsın və onlar Haspin fermentinin Survivinin tanıdığı fosfat qrupunun əlavə edilməsində rol oynadığını göstərdilər. hadisələr zəncirinin rahat keçməsi üçün lazımdır. Həm Survivin, həm də Aurora B bir çox xərçəng xəstəliyinə tutulduğundan, histon H3 və Survivin arasındakı qarşılıqlı əlaqəni pozan molekullar, hədəflənmiş terapevtiklər üçün yeni bir prospektə imkan verə bilər.

Tədqiqat onu da göstərir ki, Survivinin H3T3 fosforlaşmasını necə tanıması "apoptozun inhibitoru" zülalların (İAP) mimetikaları xərçəng əleyhinə dərmanlar kimi araşdırılmış öz liqandlarına necə bağlanmasına çox bənzəyir. "Bu, bir çox sahələri bir araya gətirir. Düşünürəm ki, bu, epigenetika, apoptoz və hüceyrə dövrü üzərində işləyən bir çox insan üçün həyəcan verici olacaq," Kelly deyir. Funabiki deyir: "Biz bir kodu sındırdıq, lakin xromosomların mitozu necə idarə etdiyini başa düşmək üçün hələ çoxları var."

Hekayə Mənbəsi:

Materiallar tərəfindən təmin edilmişdir Rokfeller Universiteti. Qeyd: Məzmun üslub və uzunluğa görə redaktə edilə bilər.


Kod Biologiyası nədir?

Kodekslər və konvensiyalar bizim sosial həyatımızın əsasını təşkil edir və qədim zamanlardan mədəniyyət aləmini təbiət aləmindən ayırıb. Qrammatika qaydaları, hökumət qanunları, dinin göstərişləri, pulun dəyəri, şahmat qaydaları və s., fizika və kimya qanunlarından dərindən fərqli olan insan konvensiyalarıdır və bu, belə bir nəticəyə gətirib çıxarmışdır. təbiətlə mədəniyyət arasında keçilməz uçurum olduğunu. Təbiətdir idarə olunur obyektiv dəyişməz qanunlarla, mədəniyyət isə istehsal edilmişdir insan şüurunun dəyişkən konvensiyaları ilə.

Bu minilliklər çərçivəsində, 1960-cı illərin əvvəllərində genetik kodun kəşfi mavidən bir bolt kimi gəldi, lakin qəribə də olsa, təbiət və mədəniyyət arasındakı maneəni aradan qaldırmadı. Əksinə, bütün inqilabi potensialının kəşfini effektiv şəkildə boşaldan bir arqumentlə köhnə bölünmə ətrafında tez bir zamanda qoruyucu kəmər quruldu. Arqument ki genetik kod real kod deyil çünki onun qaydaları kodonlar və amin turşuları arasındakı kimyəvi yaxınlıqların nəticəsidir və buna görə də kimya ilə müəyyən edilir. Budur "Stereokimyəvi nəzəriyyə", ideya ilk dəfə 1954-cü ildə Corc Qamov tərəfindən təklif edilmiş və o vaxtdan bəri bir çox müxtəlif formalarda yenidən təklif edilmişdir (Pelc and Welton 1966 Dunnil 1966 Melcher 1974 Shimizu 1982 Yarus 1988, 1998 Yarus, Caporaso and Knight 2005). Əlli ildən çox tədqiqat bu nəzəriyyənin lehinə heç bir dəlil gətirmədi və hələ də fikir hələ də dolaşmaqdadır. imkanı stereokimyəvi qarşılıqlı təsirlərin təkamülün bəzi erkən mərhələlərində vacib ola biləcəyini (Koonin və Novojilov 2009). Bunun dərin səbəbi, yəqin ki, genetik kodun kimyanın məhsulu olması və real kod ola bilməyəcəyinə dair davamlı inamdır. Bəs həqiqi kod nədir?

Başlanğıc nöqtəsi kodun olması fikridir iki müstəqil dünyanın obyektləri arasında uyğunluq və ya xəritəçəkmə quran qaydalar toplusu (Barbieri 2003). Morze əlifbası, məsələn, əlifbanın hərfləri ilə nöqtə və tire qrupları arasında xəritəçəkmədir. Magistral yol kodu küçə siqnalları ilə sürücülük davranışları arasında uyğunluqdur (qırmızı işıq “dayan” deməkdir, yaşıl işıq “getmək” deməkdir və s.).

Bütün kodlarda vacib olan odur ki, kodlaşdırma qaydaları fizika və kimya qanunlarına tam uyğun gəlsə də, bu qanunlarla diktə olunmur. Bu mənada onlar ixtiyari, və iki müstəqil dünya arasındakı ixtiyari əlaqələrin sayı potensial olaraq qeyri-məhduddur. Morze əlifbasında, məsələn, əlifbanın istənilən hərfi saysız-hesabsız nöqtə və tire birləşmələri ilə əlaqələndirilə bilər, bu o deməkdir ki, onlar arasında xüsusi əlaqə yalnız az sayda qaydaları seçməklə həyata keçirilə bilər. Və kod tam olaraq budur: iki müstəqil dünya arasında xüsusi yazışmaları təmin etmək üçün potensial olaraq qeyri-məhdud sayda seçilmiş ixtiyari qaydaların kiçik dəsti.

Bu tərif bizə eksperimental testlər aparmağa imkan verir, çünki üzvi kodlar üzvi molekulların iki dünyası arasındakı əlaqələrdir və mütləq üçüncü növ molekullar tərəfindən həyata keçirilir. adapterlər, onlar arasında körpü qurur. Adapterlər tələb olunur, çünki iki dünya arasında lazımi əlaqə yoxdur və yazışmaların spesifikliyinə zəmanət vermək üçün sabit adapterlər dəsti tələb olunur. Adaptorlar, bir sözlə, molekulyardır barmaq izləri kodların olması və onların bioloji prosesdə olması bu prosesin koda əsaslandığına əmin bir işarədir.

Bu bizə bir obyektiv üzvi kodların aşkar edilməsi meyarı və onların mövcudluğu artıq fərziyyə məsələsi deyil. Bu, ilk növbədə, eksperimental problemdir. Daha dəqiq desək, üç şeyi tapsaq, üzvi kodun mövcud olduğunu sübut edə bilərik: (1) molekulların iki müstəqil dünyası, (2) onlar arasında xəritə yaradan adapterlər dəsti və (3) xəritəçəkmənin mövcudluğunun nümayişi. ixtiyaridir, çünki onun qaydaları, ən azı, prinsipcə, saysız-hesabsız müxtəlif üsullarla dəyişdirilə bilər.

İki görkəmli nümunə

Zülal sintezində nukleotidlərin ardıcıllığı amin turşuları ardıcıllığına çevrilir və aralarındakı körpü üçüncü növ molekullar tərəfindən həyata keçirilir. transfer-RNTadapter rolunu oynayan və iki fərqli əməliyyatı yerinə yetirən , onlar bir yerdə üç nukleotiddən ibarət qrupları tanıyırlar. kodonlar, və başqa bir yerdə adlanan fermentlərdən amin turşuları alırlar aminoasil-tRNT-sintetazlar. Əsas məqam odur ki, kodonlar və amin turşuları arasında deterministik əlaqə yoxdur, çünki hər hansı bir kodon hər hansı bir amin turşusu ilə əlaqəli ola bilər (Schimmel 1987 Schimmel et al. 1993). Məsələn, Hou və Schimmel (1988) bir tRNT-də iki əlavə nukleotid təqdim etdilər və nəticədə meydana gələn tRNT-nin fərqli bir amin turşusu daşıdığını aşkar etdilər. Bu sübut etdi ki, kodonlar və amin turşuları arasında mümkün əlaqələrin sayı potensial olaraq qeyri-məhduddur və yalnız kiçik bir adapter dəstinin seçilməsi xüsusi xəritələşdirməni təmin edə bilər. bu genetik kod: adaptorlar tərəfindən həyata keçirilən nuklein turşuları və amin turşuları arasında sabit qaydalar toplusu. Zülal sintezində, nəticədə, kodun bütün üç vacib komponentini tapırıq: (1) molekulların iki müstəqil dünyası (nukleotidlər və amin turşuları), (2) onlar arasında xəritə yaradan adapterlər dəsti və (3) ) Xəritəçəkmənin ixtiyari olduğunun sübutu, çünki onun qaydaları dəyişdirilə bilər.

Siqnal ötürülməsi kodları

Siqnal ötürülməsi hüceyrələrin ətraf mühitdən gələn siqnalları çevirdiyi prosesdir ilk elçilər, daxili siqnallara, çağırılır ikinci elçilər. Birinci və ikinci messencerlər iki müstəqil dünyaya aiddir, çünki sözün həqiqi mənasında yüzlərlə ilk xəbərçi (hormonlar, böyümə faktorları, neyrotransmitterlər və s.) var, lakin ikinci xəbərçilərin yalnız dörd böyük ailəsi (siklik AMP, kalsium ionları, diasilqliserol və inositol trisfosfat) (Alberts) və başqaları 2007). Əhəmiyyətli məqam odur ki, siqnal ötürülməsini həyata keçirən molekullar həqiqi adaptorlardır. Onlar üç alt bölmədən ibarətdir: a reseptor ilk elçilər üçün, an gücləndirici ikinci elçilər üçün və a vasitəçi arasında (Berridge 1985). Bu, transduksiya kompleksinə biri birinci messencer, digəri isə ikinci messencer üçün iki müstəqil tanınma prosesini həyata keçirməyə imkan verir. Laboratoriya təcrübələri sübut etdi ki, hər hansı birinci messencer istənilən ikinci messencerlə əlaqələndirilə bilər, yəni onlar arasında potensial olaraq qeyri-məhdud sayda ixtiyari əlaqə mövcuddur. Siqnal ötürülməsində, bir sözlə, kodun bütün üç əsas komponentini tapırıq: (1) molekulların iki müstəqil dünyası (birinci xəbərçilər və ikinci xəbərçilər), (2) onlar arasında xəritə yaradan adapterlər dəsti və ( 3) Xəritəçəkmənin özbaşına olduğunun sübutu, çünki onun qaydaları dəyişdirilə bilər (Barbieri 2003).

Üzvi kodlar dünyası

Genetik kod və siqnal ötürülməsi kodlarına əlavə olaraq, son illərdə çoxlu sayda yeni üzvi kodlar ortaya çıxdı. Onların arasında: ardıcıllıq kodları (Trifonov 1987, 1989, 1999), Hox kodu (Paul Hunt et al. 1991 Kessel and Gruss 1991), the yapışqan kodu (Redies və Takeichi 1996 Shapiro və Colman 1999), the birləşmə kodları (Barbieri 2003 Fu 2004 Matlin et al. 2005 Pertea et al. 2007 Wang and Burge 2008 Barash et al. 2010 Dhir et al. 2010), the siqnal ötürülməsi kodları (Barbieri 2003), the histon kodu (Strahl və Allis 2000 Jenuwein və Allis 2001 Turner 2000, 2002, 2007 Kühn və Hofmeyr 2014), şəkər kodu (Gabius 2000, 2009), the bölmə kodları (Barbieri 2003), the sitoskelet kodları (Barbieri 2003 Gimona 2008), the transkripsiya kodu (Jessell 2000 Marquard and Pfaff 2001 Ruiz i Altaba et al. 2003 Flames et al. 2007), the sinir kodu (Nicolelis and Ribeiro 2006 Nicolelis 2011), a dad üçün sinir kodu (Di Lorenzo 2000 Hallock və Di Lorenzo 2006), an odorant reseptor kodu (Dudai 1999 Ray et al. 2006), a hipokampusdakı kosmik kod (O’Keefe and Burgess 1996, 2005 Hafting et al. 2005 Brandon and Hasselmo 2009 Papoutsi et al. 2009), the apoptoz kodu (Basañez and Hardwick 2008 Füllgrabe et al. 2010), tubulin kodu (Verhey və Gaertig 2007), the nüvə siqnal kodu (Maraldi 2008), the inyeksiya üzvi kodlar (De Beule et al. 2011), the molekulyar kodlar (Görlich et al. 2011 Görlich and Dittrich 2013), the ubiquitin kodu (Komander və Təcavüz 2012), the bioelektrik kod (Tseng and Levin 2013 Levin 2014), the akustik kodlar (Farina və Pieretti 2014), the qlikomik kod (Buckeridge və De Souza 2014 Tavares və Buckeridge 2015) və Redoks kodu (Jones və Sies 2015).

Canlı dünya, bir sözlə, sözün həqiqi mənasında üzvi kodlarla doludur və buna baxmayaraq, onların kəşfləri indiyə qədər yalnız kiçik dairələrdə yayılıb və ümumilikdə elmi ictimaiyyətin diqqətini cəlb etməyib.

Kod Biologiyası

Kod Biologiyası standart elm metodları ilə həyatın bütün kodlarının öyrənilməsidir. Genetik kod və mədəniyyət kodları uzun müddətdir məlumdur və Kod Biologiyasının tarixi əsasını təşkil edir. Bu sahədə həqiqətən yeni olan, genetik koddan sonra və mədəniyyət kodlarından əvvəl gələn bütün kodların öyrənilməsidir. Bu kodların mövcudluğu eksperimental faktdır - gəlin bunu heç vaxt unutmayaq - həm də bundan da artıq. Bu, qeyri-adi nəzəri nəticələri olan faktlardan biridir.

Birincisi, üzvi kodların həyat tarixində oynadığı roldur. Genetik kod ilk hüceyrələrin mənşəyi üçün ilkin şərt idi, siqnal ötürülməsi kodları ümumi əcdadın nəslini Arxeya, Bakteriya və Eukarya'nın əsas krallıqlarına böldü, birləşən kodlar nüvənin, histonun mənşəyinə kömək etdi. kod xromatinin qaydalarını təmin etdi və sitoskelet kodları Eukaryaya mitoz və mayoz daxil olmaqla daxili hərəkətləri yerinə yetirməyə imkan verdi (Barbieri 2003, 2015). Makrotəkamülün ən böyük hadisələri, başqa sözlə, yeni üzvi kodların meydana çıxması ilə bağlı idi və bu, bizə həyatın tarixi haqqında tamamilə yeni bir anlayış verir.

İkinci böyük nəticə, üzvi kodların təkamüldə yüksək səviyyədə qorunub saxlanması faktıdır ki, bu da o deməkdir ki, onlar həyatın böyük invariantlarıdır, qalan hər şey dəyişdirilərkən əbədiləşdirilmiş yeganə varlıqlardır. Kod Biologiyası, bir sözlə, həyatın yeni tarixini açır və yeni fundamental anlayışları üzə çıxarır. Bu, həqiqətən də yeni bir elmdir, canlı aləmin nəhəng və hələ də əsasən öyrənilməmiş ölçüsünün tədqiqi, biologiyanın əsl yeni sərhədidir.

İstinadlar

Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2007) Hüceyrənin Molekulyar Biologiyası. 5-ci nəşr. Garland, Nyu-York.

Barash Y, Calarco JA, Gao W, Pan Q, Wang X, Shai O, Blencow BJ və Frey BJ (2010). Birləşdirmə kodunun deşifr edilməsi. Təbiət, Cild 465, 53-59.

Barbieri M (2003) Üzvi Kodlar. Semantik Biologiyaya Giriş. Cambridge University Press, Kembric, Böyük Britaniya.

Barbieri M (2015) Kod Biologiyası. Yeni Həyat Elmi. Springer, Dordrext.

Basañez G və Hardwick JM (2008) Bcl-2 apoptoz kodunu sadə bir model sistemi ilə açmaq. PLoS Biol 6(6): e154. Doi: 10.137/journal.pbio.0060154.

Berridge M (1985) Hüceyrə daxilində ünsiyyətin molekulyar əsası. Elmi amerikalı, 253, 142-152.

Brandon MP və Hasselmo ME (2009) Hipokampus daxilində məkan kodunun mənbələri. Biologiya Hesabatları, 1, 3-7.

Buckeridge MS və De Souza AP (2014) Hüceyrə divarı polisaxaridlərinin “qlikomik kodunu” pozmaq biokütlədən ikinci nəsil bioenerji istehsalını yaxşılaşdıra bilər. Bioenerji tədqiqatı, 7, 1065-1073.

De Beule J, Hovig E və Benson M (2011) Biosemiotics Sahəsində Dinamikanın Təqdim edilməsi. Biosemiotiklər, 4(1), 5-24.

Dhir A, Buratti E, van Santen MA, Lührmann R və Baralle FE, (2010). İntronik birləşdirmə kodu: ATM psevdoeksonun tərifində iştirak edən çoxsaylı amillər. EMBO jurnalı, 29, 749–760.

Di Lorenzo PM (2000) Beyin sapındakı dad üçün sinir kodu: Cavab profilləri. Fiziologiya və Davranış, 69, 87-96.

Dudai Y (1999) Nümayəndəliklərin qoxusu. Neyron 23: 633-635.

Dunnill P (1966) Üçlü nukleotid-amin turşusu cütləşməsi zülal və zülal olmayan amin turşuları arasında bölünmə üçün stereokimyəvi əsasdır. Təbiət, 210, 1267-1268.

Farina A və Pieretti N (2014) Səs mənzərəsi kontekstində fəaliyyət göstərən akustik kodlar. Biosemiotiklər, 7(2), 321–328.

Flames N, Pla R, Gelman DM, Rubenstein JLR, Puelles L və Marìn O (2007) Transkripsiya Kodlarının Kombinatorial İfadəsi ilə Çoxlu Subpallial Progenitor Domenlərin Delineasiyası. Neuroscience jurnalı, 27, 9682–9695.

Fu XD (2004) Birləşdirmə koduna doğru. Hüceyrə, 119, 736–738.

Füllgrabe J, Hajji N və Joseph B (2010) Ölüm kodunu sındırmaq: apoptozla əlaqəli histon modifikasiyaları. Hüceyrə ölümü və diferensiasiya, 17, 1238-1243.

Gabius H-J (2000) Bioloji Məlumatların Genetik Koddan Kənarda Transferi: Şəkər Kodu. Naturwissenschaften, 87, 108-121.

Gabius H-J (2009) Şəkər Məcəlləsi. Glikozelmlərin əsasları. Wiley-Blackwell.

Gamow G (1954) Deoksiribonuklein turşusu və zülal strukturları arasında mümkün əlaqə. Təbiət, 173, 318.

Gimona M (2008) Protein dilçiliyi və sitoskeletonun modul kodu. In: Barbieri M (red) Həyat Kodları: Makrotəkamül Qaydaları. Springer, Dordrecht, səh 189-206.

Görlich D, Artmann S, Dittrich P (2011) Cells as semantic system. Biochim Biophys Acta, 1810 (10), 914-923.

Görlich D və Dittrich P (2013) Bioloji və kimyəvi reaksiya şəbəkələrində molekulyar kodlar. PLoS ONE 8(1):e54,694, DOI 10.1371/journal.pone.0054694.

Hafting T, Fyhn M, Molden S, Moser MB, Moser EI (2005) Entorhinal korteksdə məkan xəritəsinin mikro strukturu. Təbiət, 436, 801-806.

Hallock RM və Di Lorenzo PM (2006) Dad sistemində müvəqqəti kodlaşdırma. Neyrologiya və Davranış Baxışları, 30, 1145-1160.

Hou Y-M və Schimmel P (1988) Sadə struktur xüsusiyyət transfer RNT-nin şəxsiyyətinin əsas determinantıdır. Təbiət, 333, 140-145.

Hunt P, Whiting J, Nonchev S, Sham M-H, Marshall H, Graham A, Cook M, Alleman R, Rigby PW və Gulisano M (1991) Hox kod və onun gen tənzimlənməsi, sinir sisteminin nümunəsi və baş təkamülü üçün təsiri. İnkişaf, 2, 63-77.

Jenuwein T və Allis CD (2001) Histon kodunun tərcüməsi. Elm, 293, 1074-1080.

Jessell TM (2000) Onurğa beynində Neyron Spesifikasiyası: İnduktiv Siqnallar və Transkripsiya Kodları. Təbiət Genetikası, 1, 20-29.

Jones DP və Sies H (2015) Redoks Məcəlləsi. Antioksidanlar və Redoks siqnalı, 23 (9), 734-746.

Kessel M və Gruss P (1991) Sıçaq fəqərələrinin homeotik tansformasiyası və onların eyni vaxtda dəyişməsi Hox Retinoik turşunun yaratdığı kodlar. Hüceyrə, 67, 89-104.

Komander D və Təcavüz M (2012), Ubiquitin Kodu. Annu. Rev. Biochem. 81, 203–29.

Koonin EV və Novojilov AS (2009) Genetik kodun mənşəyi və təkamülü: universal müəmma. IUBMB Həyatı. 61(2), 99-111.

Kühn S və Hofmeyr J-H S (2014) “Histon kodu” üzvi koddurmu? Biosemiotiklər, 7(2), 203–222.

Levin M (2014) Endogen bioelektrik şəbəkələr inkişaf və bərpa zamanı qeyri-genetik modelləşdirmə məlumatlarını saxlayır. Fiziologiya jurnalı, 592.11, 2295–2305.

Maraldi NM (2008) Nüvə Siqnalında Lipid əsaslı Kod. In: Barbieri M (red) Həyat Kodları: Makrotəkamül Qaydaları. Springer, Dordrecht, səh 207-221.

Marquard T və Pfaff SL (2001) Sinir borusunda hüceyrə spesifikasiyası üçün transkripsiya kodunun sındırılması. Hüceyrə, 106, 651–654.

Matlin A, Clark F and Smith C (2005) Alternativ birləşdirməni başa düşmək: mobil koda doğru. Nat. Rahib Mol. Hüceyrə Biol., 6, 386-398.

Melcher G (1974) Stereospesifiklik və genetik kod. J. Mol. Təkamül., 3, 121-141.

Nicolelis M (2011) Sərhədlərdən kənar: Beyinləri maşınlarla birləşdirən yeni neyroelm və onun həyatımızı necə dəyişdirəcəyi.Times Books, Nyu-York.

Nicolelis M və Ribeiro S (2006) Sinir kodunu axtarırıq. Elmi amerikalı, 295, 70-77.

O'Keefe J, Burgess N (1996) Hipokampal neyronların yer sahələrinin həndəsi təyinediciləri. Təbiət, 381, 425-428.

O'Keefe J, Burgess N (2005) Hipokampal yer hüceyrələrində ikili faza və sürət kodlaması: nəzəri əhəmiyyət və entorinal şəbəkə hüceyrələri ilə əlaqə. Hipokampus, 15, 853-866.

Papoutsi M, de Zwart JA, Jansma JM, Pickering MJ, Bednar JA və Horwitz B (2009) Fonemlərdən Artikulyar Kodlara: Nitq İstehsalında Broca Sahəsinin Rolunun fMRI Tədqiqi. Serebral korteks,19, 2156 – 2165.

Pelc SR və Weldon MGE (1966) Kodlaşdırma üçlüləri və amin turşuları arasında stereokimyəvi əlaqə. Təbiət, 209, 868-870.

Pertea M, Mount SM, Salzberg SL (2007) Model zavodunda namizəd eksonik birləşmə gücləndirici motivlərinin hesablama sorğusu Arabidopsis thaliana. BMC Bioinformatika, 8, 159.

Ray A, van der Goes van Naters W, Shiraiwa T və Carlson JR (2006) Qoxu reseptorunun gen seçiminin mexanizmləri Drosophila. Neyron, 53, 353-369.

Redies C və Takeichi M (1996) İnkişaf etməkdə olan mərkəzi sinir sistemində Cadherine: seqmental və funksional bölmələr üçün yapışqan kod. İnkişaf Biologiyası, 180, 413-423.

Ruiz və Altaba A, Nguien V və Palma V (2003) Sinir borusunun ortaya çıxan dizaynı: prepattern, SHH morfogen və GLI kodu. Genetika və İnkişafda Mövcud Rəy, 13, 513–521.

Schimmel P (1987) Aminoasil tRNA sintetazaları: Polipeptidlərdə struktur-funksiya əlaqəsinin ümumi sxemi və tRNT-lərin tanınması. Ann. Rev. Biochem., 56, 125-158.

Schimmel P, Giegé R, Moras D və Yokoyama S (1993) Amin turşuları üçün əməliyyat RNT kodu və genetik kodla mümkün əlaqə. ABŞ Milli Elmlər Akademiyasının materialları, 90, 8763-8768.

Shapiro L və Colman DR (1999) Kaderinlərin Müxtəlifliyi və MSS-də Sinaptik Yapışqan Kodun Təsirləri. Neyron, 23, 427-430.

Shimizu M (1982) Genetik kod üçün molekulyar əsas. J. Mol. Təkamül., 18, 297-303.

Strahl BD və Allis D (2000) Kovalent histon modifikasiyalarının dili. Təbiət, 403, 41-45.

Tavares EQP və Buckeridge MS (2015) Bitki hüceyrələrinin kodu varmı? Bitki Elmi, 241, 286-294.

Trifonov EN (1987) mRNA və 16s rRNA nukleotid ardıcıllığının təhlili ilə təklif edildiyi kimi tərcümə çərçivə kodu və çərçivəyə nəzarət mexanizmi. Molekulyar Biologiya Jurnalı, 194, 643-652.

Trifonov EN (1989) Nukleotid ardıcıllığının çoxsaylı kodları. Riyazi Biologiya Bülleteni, 51: 417-432.

Trifonov EN (1999) Ardıcıllıq Kodlarının Aydınlaşdırılması: Təkamül üçün Üç Kod. Nyu York Elmlər Akademiyasının Salnamələri, 870, 330-338.

Tseng AS və Levin M (2013) Bioelektrik kodun sındırılması. Nümunələrin formalaşmasının endogen ion nəzarətlərinin yoxlanılması. Kommunikativ və İnteqrativ Biologiya, 6(1), 1–8.

Turner BM (2000) Histon asetilasiyası və epigenetik kod. Bioessaylar, 22, 836–845.

Turner BM (2002) Hüceyrə yaddaşı və Histon kodu. Hüceyrə, 111, 285-291.

Turner BM (2007) Epigenetik kodun müəyyən edilməsi. Təbiət Hüceyrə Biologiyası, 9, 2-6.

Verhey KJ və Gaertig J (2007) Tubulin Kodu. Hüceyrə dövrü, 6 (17), 2152-2160.

Wang Z və Burge C (2008) Splicing tənzimlənməsi: tənzimləyici elementlərin bir hissəsi siyahısından inteqrasiya edilmiş birləşdirmə koduna qədər. RNT, 14, 802-813.

Yarus M (1988) RNT-dən ibarət olan spesifik amin turşusu bağlama yeri. Elm, 240, 1751-1758.

Yarus M (1998) RNT liqandları kimi amin turşuları: kodun mənşəyi üçün birbaşa RNT şablon nəzəriyyəsi. J. Mol. Təkamül.,47(1), 109–117.

Yarus M, Caporaso JG və Knight R (2005) Genetik kodun mənşəyi: qaçan üçlük nəzəriyyəsi. Biokimyanın İllik İcmalı, 74,179-198.


Histon kodları

Histon kodu fərziyyəsi, histon modifikasiyalarının fərqli birləşmələrinin xromatini dəyişdirən fermentləri işə götürə biləcəyini və heterokromatin birləşməsinə epigenetik nəzarəti həyata keçirə biləcəyini iddia edir. 15 mart ScienceXpress-də, Nakayama və b. parçalanma mayasında heterokromatin birləşməsində histon metilasiyası üçün rolu təsvir edin Schizosaccharomyces pombe. Histon H3-ün (H3Lys9) Clr4 zülalı metilləşdirilmiş lizin 9, üstünlük olaraq heterokromatinlə əlaqəli bölgələrdə. H3Lys9 metilasiyası xromodomain zülalının homoloqu olan Swi6-nın işə götürülməsinə səbəb oldu. Drosophila HP1. Həm metilasiya, həm də işə qəbul histon deasetilaz Clr3-ün fəaliyyətindən asılı idi. Cütləşmə tipli lokusda Swi6/Clr4 tərəfindən xromatin yığılması səssizliyə səbəb olur. Beləliklə, histon quyruqlarının ardıcıl deasetilasiyası və metilasiyası son nəticədə epigenetik irsiyyət nümunələrinə gətirib çıxarır.


Sənədə giriş

  • APA
  • Standart
  • Harvard
  • Vankuver
  • Müəllif
  • BIBTEX
  • RIS

In: Proteomika, Cild. 15, No 17, 01.09.2015, s. 2901-2902.

Tədqiqatın nəticəsi : Jurnalın töhfəsi › Şərh/debat › ekspert rəyi

T1 - MS əsaslı proteomika ilə histon kodunun düzgün oxunması

N2 - Histon zülalları DNT qablaşdırması üçün vacib elementlərdir. Onların PTM-ləri xromatin strukturunun modelləşdirilməsinə və genlərin tənzimlənməsində, DNT təmirində və xromosom kondensasiyasında iştirak edən fermentlərin cəlb edilməsində iştirak edir. Bu əsas aspekt, histon PTM-lərin hüceyrə nəsilləri vasitəsilə epigenetik olaraq miras alına bilməsi ilə birlikdə, onların xromatin biologiyasındakı əhəmiyyətini və nəticədə onların xarakteristikası üçün biokimyəvi üsulların olması zərurətini işıqlandırır. MS (nanoLC-MS) ilə birləşdirilmiş Nanoflow LC, protein PTM dəqiq kəmiyyətinin müəyyən edilməsi üçün seçim strategiyasıdır. Bununla belə, histonlar analiz üçün uyğun peptidləri əldə etmək üçün lizin törəməsi kimi həzm protokoluna düzəlişlər tələb edir. nanoLC-MS yüksək etibarlı identifikasiyadan tutmuş yüksək məhsuldarlıq analizlərinin mümkünlüyünə qədər çoxsaylı üstünlüklərə malikdir, lakin histon hazırlama protokolunun özəlliyi onun etibarlılığını şübhə altına almaq üçün ən müasir mövcud texnologiyalarla davamlı monitorinq tələb edir. Meert və başqalarının işi. (Proteomics 2015, 15, 2966-2971) nanoLC-MS işlərinin uyğunlaşdırılması və səciyyələndirilməsi üçün yüksək rezolyusiyaya malik MS və bioinformatika vasitələrinin kombinasiyasından istifadə edərək arzuolunmaz amin turşusu qalıqlarının natamam derivatlaşdırılmasına və ya törəməsinə səbəb olan protokolları müəyyən edir. Həmçinin, onlar bioloji PTM kimi yanlış təfsir oluna bilən bir sıra yan reaksiyaları müəyyən edirlər.

AB - Histon zülalları DNT qablaşdırılması üçün vacib elementlərdir. Onların PTM-ləri xromatin strukturunun modelləşdirilməsinə və genlərin tənzimlənməsində, DNT təmirində və xromosom kondensasiyasında iştirak edən fermentlərin cəlb edilməsində iştirak edir. Bu əsas aspekt, histon PTM-lərin hüceyrə nəsilləri vasitəsilə epigenetik olaraq miras alına bilməsi ilə birlikdə, onların xromatin biologiyasındakı əhəmiyyətini və nəticədə onların xarakteristikası üçün biokimyəvi üsulların olması zərurətini işıqlandırır. MS (nanoLC-MS) ilə birləşdirilmiş Nanoflow LC, protein PTM dəqiq kəmiyyətinin müəyyən edilməsi üçün seçim strategiyasıdır. Bununla belə, histonlar analiz üçün uyğun peptidləri əldə etmək üçün lizin törəməsi kimi həzm protokoluna düzəlişlər tələb edir. nanoLC-MS yüksək etibarlı identifikasiyadan tutmuş yüksək məhsuldarlıq analizlərinin mümkünlüyünə qədər çoxsaylı üstünlüklərə malikdir, lakin histon hazırlama protokolunun özəlliyi onun etibarlılığını şübhə altına almaq üçün ən müasir mövcud texnologiyalarla davamlı monitorinq tələb edir. Meert və başqalarının işi. (Proteomics 2015, 15, 2966-2971) nanoLC-MS işlərinin uyğunlaşdırılması və səciyyələndirilməsi üçün yüksək rezolyusiyaya malik MS və bioinformatika vasitələrinin kombinasiyasından istifadə edərək arzuolunmaz amin turşusu qalıqlarının natamam derivatlaşdırılmasına və ya törəməsinə səbəb olan protokolları müəyyən edir. Həmçinin, onlar bioloji PTM kimi yanlış təfsir oluna bilən bir sıra yan reaksiyaları müəyyən edirlər.


Histonlar nədir

Histonlar, xromosomlarda olan zülalların əsas növü kimi xidmət edən müsbət yüklü zülalların bir növüdür. Beş növ histon var: H1, H2A, H2B, H3 və H4. Histon zülallarının əsas funksiyası nüvə daxilində DNT-nin qatılaşdırılmış qablaşdırılmasına kömək etməkdir. Histonlar və DNT arasındakı qarşılıqlı əlaqə göstərilir rəqəm 1.

Şəkil 1: Histon-DNT qarşılıqlı əlaqəsi

Histon nüvəsinin formalaşmasında iştirak edən dörd növ histon H2A, H2B, H3 və H4-dür. DNT DNT qıvrımlarını yaratmaq üçün histon nüvəsini əhatə edir. Histonlar euxromatin və heterokromatin kimi tanınan iki növ xromatin meydana gətirərək gen ifadəsinin tənzimlənməsində böyük rol oynayır. Euchromatin sərbəst paketlənmiş DNT ehtiva edir və yüksək ifadə sürətini göstərir. Bununla belə, heterokromatində sıx paketlənmiş DNT var, nadir hallarda bölgədəki genləri ifadə edir.


"Histon kodu"ndakı sirrin açılması gen aktivliyinin necə miras alındığını göstərir

Alimlər hüceyrə bölünməsi zamanı aktiv genləri susdurulmaqdan qoruyan yeni mexanizm kəşf ediblər. Onlar müəyyən ediblər ki, eyni zülalın iki variantı genomun aktiv və qeyri-aktiv sahələrini ayırd edə bilir. İki variant burada dövrələnmiş yalnız bir amin turşusu ilə fərqlənir. Tədqiqatçılar burada göstərilən bir növ molekulyar fotoşəkildən istifadə edərək iki variantın atom quruluşunu çəkdilər. Onlar kəşf etdilər ki, tək amin turşusu dəyişikliyi bir ferment (burada qırmızı və mavi rənglərlə) tərəfindən tanınır və hüceyrəyə genomun həmin sahələrini qeyri-aktiv saxlamağı tapşıraraq yalnız bir varianta susdurma işarəsi əlavə edir. Kredit: Dr. Robert Martienssen, Cold Spring Harbor Laboratoriyası

Bədənimizdəki hər hüceyrə eyni DNT-yə malikdir, lakin hər hüceyrə fərqlidir. Hüceyrənin şəxsiyyəti onun aktivləşdirdiyi genlərin alt çoxluğu ilə müəyyən edilir. Bəs hüceyrə hansı genləri söndürüb, hansını işə salacağını necə bilir? DNT-mizdə daşınan genetik kod hüceyrələrə spesifik zülallar istehsal etmək üçün təlimatlar təqdim edərkən, bu, konkret hüceyrə tiplərində hansı genlərin əslində aktivləşdiyini təyin edən ikinci koddur.

Bu ikinci kod DNT-yə bağlanan zülallar tərəfindən daşınır. Kod daşıyan zülallara histonlar deyilir. Bu gün Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) və həmkarları tədqiqatçılar histon kodunda yeni bir mürəkkəblik qatını aşkar edən tədqiqatları dərc edirlər. Onlar müəyyən ediblər ki, tək bir histon zülalındakı ən kiçik dəyişiklik bizim DNT-də kodlanmış genlərin necə istifadə olunmasına dramatik təsir göstərə bilər.

Histonlar həyati əhəmiyyət kəsb edir, çünki bizim genetik materialımız çox böyükdür: bədəndəki hər bir hüceyrədə çılpaq gözlə görünəndən çox kiçik bir boşluq olan kiçik bir nüvədə yığılmış altı futdan çox DNT var. Bu qədər böyük miqdarda DNT-nin mikroskopik bir məkanda sıxılması üçün onun makaraya bənzər zülal yığınlarının ətrafına möhkəm sarılmalıdır. Bu makaraların hər biri səkkiz histon zülalından ibarətdir. Bütün genomu bağlamaq üçün hər hüceyrədə milyonlarla makara lazımdır.

Histon zülalları metil qrupları kimi kimyəvi etiketlərlə qeyd olunur. Histon kodu tam genomda belə işarələrin yaratdığı nümunələrdən ibarətdir. İşarələrə bəzən epigenetik işarələr deyilir. "Epi" hərfi mənada genomun "üstü" deməkdir. Bu işarələrdən ibarət “ikinci” kod, hüceyrələrin xüsusi genləri işə salmasına və ya söndürməsinə səbəb olan təlimatlar verir.

Histonların çoxsaylı növləri var və onların strukturunda kiçik dəyişikliklər onlara fərqli ixtisaslaşdırılmış funksiyaları yerinə yetirməyə imkan verir. Alimlər müəyyən ediblər ki, H3 kimi tanınan bir histon H3.1 və H3.3 adlanan iki alt tipdə gəlir. These variants are found in very different places in the genome: version H3.1 is found only in parts of the genome where genes are not being activated version H3.3 is present only in places where genes are active. Scientists have long wondered what it is about these two variants that accounts for their different associations with genes – H3.1 with inactive genes and H3.3 with active ones.

Bu gün nəşr olunan bir məqalədə Elm, a team led by CSHL Professor and HHMI Investigator Robert Martienssen and Professor Jean-François Couture of the University of Ottawa announces that they have solved the mystery, exploiting unique aspects of plant genomes. They have discovered that a single amino acid difference in the structure of histone H3.3 enables it to serve as a kind of memory device for the cell, marking genes that need to remain active.

Martienssen, Couture, and Yannick Jacob, Ph.D., a postdoctoral fellow at CSHL and lead author on the paper, found that the key was a single epigenetic modification. The team, in collaboration with Professor Danny Reinberg from New York University, found that H3.1 can be modified with a methylation mark in a way that H3.3 cannot be. This chemical modification acts as a flag, signaling to the cell that genes in the vicinity should be inactive, or silent. "Our findings highlight the remarkable impact that subtle structural differences between histone H3 variants has in the global landscape of epigenetics," says Couture.

This distinction is especially important when a cell copies its genetic material, which happens just prior to cell division. As the cell replicates its DNA, it must also preserve the epigenetic marks that delineate active and inactive areas of the genome. In fact, silencing machinery, which deposits methylation marks on H3.1, works in tandem with the replication machinery. "Because H3.3 can't carry this modification, its presence on active genes allows them to escape silencing," says Jacob. "In our research, we discovered a way for cells to protect active genes from silencing and preserve that memory through successive cellular generations."

This study also has implications for how the genetic material is copied. "We have found that replication (how DNA copies itself) and transcription (how DNA is copied into RNA) are controlled by the same highly conserved histone. Thus, these most fundamental properties of the genetic material are regulated by our chromosomes," says Martienssen.


NƏTİCƏLƏR

Transcriptional repression by unliganded TR is correlated with the recruitment of the HDAC3-containing SMRT/N-CoR complexes.

To unravel the roles of TBL1 and TBLR1, we first sought to determine whether the HDAC3-containing SMRT/N-CoR complexes were recruited to an endogenous TR target gene, deiodinase 1 (D1), in a HeLa 㬒 cell line which constitutively expresses a FLAG-tagged human TRα (32). The D1 gene promoter contains a well-characterized thyroid hormone response element (TRE) located at positions � to � relative to the transcriptional start site (Fig. ​ (Fig.1A). 1A ). In HeLa 㬒 cells, this gene is actively repressed by TRα in the absence of T3 and activated in the presence of T3 (32, 41). We used ChIP assays to determine the association of the SMRT/N-CoR complexes with the D1 promoter. We found that SMRT, N-CoR, and their associated proteins HDAC3, TBL1, TBLR1, and IR10 (associated only with N-CoR) were associated with the D1 promoter in untreated HeLa 㬒 cells but not in those treated with 50 nM T3 for 1 h (Fig. ​ (Fig.1B, 1B , P1). As controls, the SMRT and N-CoR complexes were not found to associate with the PS2 promoter (data not shown) or with the coding region of the D1 genes in the same experiments (Fig. ​ (Fig.1B, 1B , P2). Furthermore, in agreement with the presence of SMRT/N-CoR complexes, ChIP assays using antibodies specifically against various modified histones indicated that the D1 promoter was associated with hypoacetylated histones H3 and H4 in the absence of T3 (Fig. ​ (Fig.1D, 1D , compare lane 1 with lane 2). Consistent with the idea that TR binds constitutively to TRE in chromatin, ChIP assay using a TRα-specific antibody detected the presence of TR under both conditions. These results therefore established that repression of the D1 gene by unliganded TR is correlated with the recruitment of SMRT/N-CoR complexes.

TBL1 and TBLR1 have a redundant but essential function in repression of the D1 gene by unliganded TR. (A) Diagram of the D1 promoter showing the positions of TREs and primers used for PCR amplification in ChIP assays. The P2 pair primers amplify a DNA fragment 𢏂.5 kb downstream of the transcriptional start site. (B) ChIP assays showing the association of SMRT/N-CoR complexes with the D1 promoter in the absence but not in the presence of T3 (1 h). Note that SMRT/N-CoR complexes were not associated with the P2 region. IgG, immunoglobulin G. (C) Western blotting (WB) showing that siHDAC3 treatment knocked down HDAC3 but did not affect the global levels of H3 and H4 acetylation. (D) ChIP assays showing the changes of histone modifications in response to T3 treatment for 1 h or after siHDAC3 treatment for 72 h. (E) Specific knockdown of TBL1, TBLR1, or both by siRNA as shown by Western blotting. (F) Quantitative RT-PCR analysis of the effect of different siRNA treatments on D1 gene expression. The effect of T3 treatment (6 h) was included as a reference. Error bars indicate standard deviations.

Since T3 treatment not only relieved corepressor complexes but also was expected to recruit coactivators (see Fig. ​ Fig.8B), 8B ), the change in histone modifications described above was likely the combined result of releasing the HDAC3-containing SMRT/N-CoR complexes and recruiting coactivators such as CBP/p300. To evaluate the effect of corepressor complexes more specifically, we made use of an HDAC3-specific small interfering RNA (siHDAC3) to knock down the expression of HDAC3. HeLa 㬒 cells were first transfected with siHDAC3 or a control siRNA for 3 days and then processed for ChIP assays to determine the histone modifications over the D1 promoter. The ChIP results showed that treatment of 㬒 cells with siHDAC3 did not affect TR binding but led to a significant increase of the levels of acetylated H3 and H4 (Fig. ​ (Fig.1D, 1D , compare lane 3 with lane 4). The control Western analysis showed that siRNA treatment led to a more than 90% reduction of HDAC3 protein and that knocking down HDAC3 did not affect the global acetylation levels of histones H3 and H4 (Fig. ​ (Fig.1C). 1C ). These results reveal a crucial role for HDAC3 in mediating deacetylation by SMRT/N-CoR complexes, in full agreement with the fact that HDAC3 is the major HDAC associated with SMRT/N-CoR complexes (16, 23). Taking these results together, we conclude that SMRT/N-CoR complexes are targeted to the D1 gene promoter by unliganded TR and contribute to histone hypoacetylation primarily through its associated HDAC3 activity.

Histone hypoacetylation alone is sufficient neither for recruiting SMRT/N-CoR nor for maintaining chromatin association in the absence of unliganded TR-SMRT/N-CoR interaction. (A) ChIP assays showing that although both loci contained hypoacetylated H3 and H4, N-CoR was targeted only to the D1 promoter, whereas Sin3A was found only in the α-satellite sequence of chromosome 4. (B) ChIP assay was used to assess the association of corepressors and coactivators with the D1 promoter after incubation with T3 for different amounts of time. The time course experiment revealed that T3 treatment led to a rapid dissociation of the SMRT/N-CoR complexes from the D1 promoter, recruitment of the coactivators SRC-1 and TRAP220, and changes in H4 acetylation. (C) Inhibition of histone acetylation is not sufficient to prevent dissociation of N-CoR from the D1 promoter in the presence of T3. Cells were first permeabilized with digitonin and incubated with or without Lys-CoA (50 μM) for 1 h before addition of T3. The residual association (�%) of N-CoR was likely due to the effect of Lys-CoA on the ability of TR to bind T3 and/or coactivators. (D) ChIP assay showing that siRNA against HDAC3 but not HDAC1 impaired the targeting of SMRT/N-CoR complexes to D1 promoter. IgG, immunoglobulin G.

Removal of TBL1/TBLR1 does not affect the expression of SMRT/N-CoR or disrupt the entire SMRT/N-CoR complexes.

To investigate the roles of TBL1 and TBLR1 in SMRT/N-CoR complexes, we made use of siRNAs specific for TBL1 or TBLR. We first established the conditions in which treatment of HeLa 㬒 cells with siTBL1, siTBLR1, or both led to specific knockdown of TBL1, TBLR1, or both (Fig. ​ (Fig.1E). 1E ). We then examined the effect of these siRNAs on the repression function of SMRT/N-CoR complexes by analyzing D1 gene expression. Quantitative real-time RT-PCR (qPCR) analysis (Fig. ​ (Fig.1F) 1F ) showed that treatment with either siTBL1 or siTBLR1 alone had little, if any, effect on D1 gene expression. However, the combination of siTBL1 and siTBLR1 led to a substantial derepression of the D1 gene (𢏃.3-fold increase). A similar level of de-repression was observed when siHDAC3 was used (data not shown see Fig. ​ Fig.6E). 6E ). Under the same conditions, a 6-h T3 treatment resulted in 𢏅-fold activation. These results establish that TBL1 and TBLR1 are functionally redundant but together are essential for D1 gene repression by unliganded TR. As expected, no effect on D1 gene expression was observed when the regular HeLa cells lacking FLAG-TRα were used in this experiment (data not shown).

Histone hypoacetylation is essential for targeting SMRT/N-CoR to the D1 promoter. (A) ChIP assays showing that like T3 treatment, TSA treatment dissociated SMRT/N-CoR complexes from the D1 promoter and led to the recruitment of Pol II. IgG, immunoglobulin G. (B) ChIP assays showing that TSA treatment did not affect binding of TR (FLAG-TRα) to the D1 promoter. Note that no signal was detected when the parental HeLa cells lacking FLAG-TRα were used for ChIP. (C) Western blotting (WB) analysis showing that TSA treatment did not affect the levels of N-CoR and HDAC3 in HeLa 㬒 cells. (D) ChIP assays showing that like T3 treatment, TSA treatment led to increased histone acetylation. Similarly, siHDAC3 and double siTBL1/TBLR1 treatments (72 h) also resulted in an increase in histone acetylation. (E) qPCR analysis comparing the effects on D1 gene expression of treatment with T3 (6 h), TSA (6 h), and siRNAs against HDAC3 or against TBL1 and TBLR1 (72 h). Error bars indicate standard deviations.

To understand why TBL1 and TBLR1 are redundant but essential for repression of the D1 gene by unliganded TR, we first tested whether knocking down TBL1/TBLR1 affected the stability, subcellular location, and/or assembly of the remaining complexes. Since they are putative F-box proteins (25, 27), knocking down TBL1 and/or TBLR1 may lead to increased rather than decreased levels of SMRT and N-CoR. Interestingly, in multiple attempts we had not observed any significant effect of the combined siTBL1 and siTBLR1 treatment on the levels of TRα, SMRT, N-CoR, and HDAC3 (data not shown) (41). By immunofluorescence staining we also observed no effect on the nuclear location of N-CoR and HDAC3 upon knockdown of both TBL1 and TBLR1 (Fig. ​ (Fig.2A), 2A ), whereas the specificity and knockdown of TBL1 and TBLR1 were confirmed (Fig. ​ (Fig.2B). 2B ). Furthermore, coimmunoprecipitation experiments showed that siTBL1 and siTBLR1 treatment did not affect the association of HDAC3 and GPS2 with N-CoR (Fig. ​ (Fig.2C) 2C ) and SMRT (data not shown). In further support, gel filtration analysis of the cellular extracts derived from double-siRNA-treated cells showed cofractionation of HDAC3 with N-CoR, although the complex became smaller (Fig. ​ (Fig.2D), 2D ), a result expected with the removal of TBL1 and TBLR1. Thus, removal of TBL1 and TBLR1 does not appear to affect the expression and subcellular localization of N-CoR and HDAC3 or the association of the core subunits HDAC3 and GPS2 with SMRT and N-CoR, although we cannot exclude the possibility that the association of other components in the SMRT and N-CoR complexes may be affected.

TBL1 and TBLR1 are not required for stability, nuclear localization, and association of HDAC3 with SMRT/N-CoR. (A) Immunostaining showing that knocking down both TBL1 and TBLR1 did not affect the levels of expression as well as nuclear localization of N-CoR and HDAC3. DAPI, 4′,6′-diamidino-2-phenylindole. (B) Immunostaining showing the specificity of siRNAs against TBL1 and TBLR1. (C) Immunoprecipitation (IP) and Western blotting (WB) showing that N-CoR remains associated with HDAC3 and GPS2 in the absence of TBL1 and TBLR1. (D) Gel filtration experiment demonstrating that the N-CoR still cofractionated with HDAC3 and became smaller after removal of TBL1/TBLR1 by siRNAs. Note that knocking down TBL1 alone had little effect on the gel filtration pattern of N-CoR.

TBL1 and TBLR1 are functionally redundant but are required for targeting SMRT/N-CoR complexes to chromatin by unliganded TR.

We next tested whether TBL1 and TBLR1 could be required for targeting of the SMRT/N-CoR complexes to the D1 gene promoter by unliganded TR. The 㬒 cells were first treated with siRNAs against TBL1 and TBLR1 alone or in combination, and the association of the corepressor complexes with the D1 promoter was determined by ChIP assays. Treatment of cells with siRNA against TBL1 or TBLR1 led to a specific inhibition of its own association with the D1 promoter but had little effect on the association of other components of the complexes (Fig. ​ (Fig.3A). 3A ). Significantly, simultaneous reduction of TBL1 and TBLR1 led to inhibition of the association of the entire complexes with the D1 promoter (Fig. ​ (Fig.3A). 3A ). Thus, these results uncover an essential role for TBL1/TBLR1 in targeting SMRT/N-CoR complexes to the D1 promoter by unliganded TR.

Knocking down of TBL1/TBLR1 together impaired the chromatin targeting of the SMRT/N-CoR complexes by unliganded TR. (A) ChIP results showing that while knocking down TBL1 or TBLR1 individually had a limited effect, knocking down both TBL1 and TBLR1 abolished the association of SMRT/N-CoR complexes with the D1 promoter. IgG, immunoglobulin G. (B) ChIP assays showing that knocking down both TBL1 and TBLR1 led to a significant increase in the levels of histone acetylation. (C) Semiquantitative RT-PCR results showing the effect of knockdown of TBL1, TBLR1, or both on expression of three different TR target genes, D1, ADRB2, and BCL3. (D) qPCR analysis of the D1 data in panel C. Error bars indicate standard deviations.

In support of the results that removal of TBL1/TBLR1 led to the dissociation of the SMRT and N-CoR complexes from the promoter, ChIP assay using a Pol II-specific antibody revealed the presence of Pol II after siTBL1 and siTBLR1 treatment (Fig. ​ (Fig.3A). 3A ). Furthermore, ChIP assay (Fig. ​ (Fig.3B) 3B ) showed that double siRNA treatment led to substantial increases in acetylation of histones H3 and H4, whereas single siRNA treatment had only a slight effect. Control Western analysis showed that knocking down both TBL1 and TBLR1 did not affect the global histone acetylation (data not shown). Finally, control experiments confirmed that neither the expression of FLAG-TRα nor its binding to the D1 promoter was affected by any of these siRNA treatments (data not shown). Collectively these results demonstrate that TBL1 and TBLR1 are functionally redundant but essential for targeting of SMRT and N-CoR complexes to the D1 promoter by unliganded TR.

TBL1 and TBLR1 are not absolutely required for T3-dependent activation.

Because TBL1 and TBLR1 were recently shown to be required for transcriptional activation by various nuclear receptors (27), we next examined the effect of siTBL1 and siTBLR1 on T3-dependent activation. For this purpose, HeLa 㬒 cells were first treated with the indicated siRNA for 72 h and then induced with 50 nM T3 for 6 h. Total RNA was prepared from each sample, and the responses of three TR target genes (11), namely, D1, ADRB2 (β-2 adrenergic receptor), and BCL3 (B-cell lymphoma 3-encoded protein) to T3 were assessed by semiquantitative RT-PCR. The results in Fig. ​ Fig.3C 3C show that treatment with siTBL1 or siTBLR1 alone did not appreciably affect activation induced by T3 for all three genes. However, double siRNA treatment led to a substantial derepression of all three TR target genes. Under this condition, no significant T3-dependent activation was observed, most likely as a result of loss of repression rather than loss of activation. Indeed, qPCR analysis confirmed that siTBL1 and siTBLR1 alone did not affect the T3 induction of the D1 gene and that T3 treatment led to a further increase of D1 transcription even in the case of double siRNA treatment (from 𢏃.6- to 𢏅.1-fold) (Fig. ​ (Fig.3D). 3D ). Thus, in our experimental setting, TBL1 or TBLR1 does not appear to be required for T3-dependent activation of all three TR target genes we have tested.

TBL1 and TBLR1 recognize and bind preferentially to hypoacetylated H2B and H4.

We recently showed that among four core histones, TBL1 and TBLR1 bind preferentially to histones H2B and H4 (41). Thus, we hypothesized that TBL1 and TBLR1 could play a role in targeting SMRT/N-CoR complexes to chromatin via their interaction with histones. We first sought to determine whether binding of TBL1 and TBLR1 to histones requires the histone N-terminal tails. For this purpose, we performed in vitro pull-down assays using GST-TBL1 and in vitro-translated full-length or tail-less H2B and H4. The results in Fig. ​ Fig.4A 4A indicate that the N-terminal tail is required for TBL1 to bind H2B and H4. Similar results were obtained when GST-TBLR1 was used (data not shown).

Binding of TBL1 and TBLR1 to histones H2B and H4 requires histone N-terminal tails and is affected by acetylation. (A) In vitro GST pull-down assays showing that the N-terminal tails of histones H2B and H4 are required for their interaction with TBL1 and TBLR1. (B) Core histones purified from TSA-treated and untreated HeLa cells. Left panel, Coomassie blue staining of purified core histones right panel, Western blot (WB) analysis using antibodies against H4 or acetylated H4. (C) Competition experiments showing that TBL1 and TBLR1 bound preferentially to hypoacetylated histones. The binding of [ 35 S]methionine-labeled H2B or H4 to GST-TBL1 was challenged with increasing amounts of purified core histones (200 ng, 600 ng, and 1.8 μg). The experiments were repeated at least three times, and data were highly reproducible. The representative result in this figure was scanned and analyzed by using NIH IMAGE 6.2 software. The binding in the absence of competitive histones (lane 3) was arbitrarily set as 1, and the rest of the data are shown as the relative binding in comparison to the binding in lane 3.

We next sought to determine whether acetylation affects the binding of TBL1 and TBLR1 to histones H2B and H4. We purified hypoacetylated and hyperacetylated core histones from HeLa cells treated with or without TSA. The resulting core histones were separated by sodium dodecyl sulfate-15% polyacrylamide gel electrophoresis and visualized by Coomassie blue staining (Fig. ​ (Fig.4B, 4B , left panel). The Western analysis (Fig. ​ (Fig.4B) 4B ) confirmed that core histones derived from TSA-treated cells were hyperacetylated. To evaluate the effect of histone acetylation on binding of TBL1, we used a competition assay in which the binding of in vitro-translated, [ 35 S]methionine-labeled H2B or H4 to GST-TBL1 was challenged with increasing amounts of hypo- or hyperacetylated core histones derived from TSA-treated or untreated cells. A representative result (Fig. ​ (Fig.4C, 4C , upper panel) shows that core histones from TSA-treated cells competed approximately 16 times less efficiently for binding of H2B (compare lanes 4 and 9). An even more pronounced difference was observed for the binding of H4 (�.7 times less efficient) (Fig. ​ (Fig.4C, 4C , lower panel). Thus, TBL1 and TBLR1 bind preferentially to hypoacetylated histones, presumably H2B and H4.

We next wished to substantiate the above binding results by an independent assay. Because acetylation on H4 has a more pronounced effect on binding of TBL1, we focused our effort on H4. We first compared the binding of TBL1 and TBLR1 to the chemically synthesized histone H4 tail peptide (amino acids 1 to 30) without acetylation (H4) or with acetylation at lysines 5, 8, 12, and 16 (acH4). To facilitate the pull-down assay, a biotin residue together with a short linker (GGK) was added at the C termini of the peptides. These peptides were immobilized to streptavidin-agarose beads and used to pull down in vitro-translated, [ 35 S]methionine-labeled TBL1 and TBLR1. As shown in Fig. ​ Fig.5B, 5B , TBL1 and TBLR1 bound readily to the H4 tail but not to the acetylated H4 tail. These results confirmed a marked effect of acetylation on binding of TBL1 and TBLR1 to histone H4 tails.

To test whether the binding of TBL1/TBLR1 is determined by a specific deacetylated lysine reside in the H4 tail, we set up another competition assay. In this experiment we challenged the binding of in vitro-translated [ 35 S]methionine-labeled H4 to GST-TBL1 with synthetic H4 peptides containing no acetylation, acetylation at all four lysine residues, or acetylation at each individual lysine (Fig. ​ (Fig.5C). 5C ). The results show that the AcK5, AcK8, and AcK12 peptides competed almost as efficiently as the unacetylated H4 tail and that the AcK16 peptide competed less efficiently (Fig. ​ (Fig.5C). 5C ). As expected, the AcH4 tail competed poorly. Thus, among four lysines tested, acetylation on lysine 16 has a clear effect on binding of TBL1. However, multiple lysines appear to contribute to the binding, as the acK16 peptide was still much more efficient in competing binding of H4 than the acH4 peptide.

Histone hypoacetylation is required for stable association of SMRT/N-CoR complexes to chromatin by unliganded TR.

Given the above results that TBL1 and TBLR1 are required for targeting SMRT/N-CoR complexes to chromatin and that TBL1 and TBLR1 bind preferentially to hypoacetylated histones, we wished to determine the role of histone acetylation, if any, in targeting SMRT/N-CoR complexes to the D1 promoter by unliganded TR. Toward this end, we tested the ability of unliganded TR to recruit SMRT/N-CoR complexes to the D1 promoter under the condition where histone deacetylation was blocked by TSA. HeLa 㬒 cells were treated with or without T3 or TSA for 1 h, and the association of SMRT/N-CoR complexes with the D1 promoter was analyzed by ChIP assays. The results in Fig. ​ Fig.6A 6A showed that, like T3 treatment, TSA treatment resulted in dissociation of the SMRT/N-CoR complexes from the D1 promoter. To test whether TSA treatment also affected binding of TR, we performed ChIP assay with an anti-FLAG antibody. The results in Fig. ​ Fig.6B 6B showed that the binding of TR to the D1 promoter was not affected by TSA treatment. The signal detected with FLAG antibody reflected the binding of TR, because ChIP assay with the parental HeLa cells (without FLAG-TRα) yielded only background signal (Fig. ​ (Fig.6B). 6B ). Furthermore, TSA treatment did not appear to induce degradation of the N-CoR complex, as Western blotting showed that TSA did not affect the levels of N-CoR and HDAC3 in the HeLa 㬒 cells (Fig. ​ (Fig.6C 6C ).

To better understand the effect of TSA on release of SMRT/N-CoR complexes from the D1 promoter, we compare the histone modification status under various conditions. As shown in Fig. ​ Fig.6D, 6D , TSA treatment led to increased levels of acetylation on both H3 and H4. The increase in histone acetylation is comparable to that observed after siHDAC3 or siTBL1/siTBLR1 treatment. Together, these results suggest that induction of histone acetylation is likely sufficient to dissociate the SMRT/N-CoR complexes from the chromatin, although the potential involvement of other histone modifications could not be formally excluded. Finally, assuming that TSA did not affect the direct interaction between unliganded TR and SMRT/N-CoR, these results imply that the interaction between unliganded TR and SMRT/N-CoR alone is insufficient for the stable recruitment of SMRT/N-CoR complexes. In support of this, we observed no effect of TSA on the interaction between unliganded TR and SMRT/N-CoR in an in vitro GST-TR pull-down assay, as described previously (data not shown) (23). It is noteworthy that a more pronounced effect on histone acetylation was repeatedly observed for T3 treatment in comparison to TSA (Fig. ​ (Fig.6B, 6B , compare lane 2 to the other lanes), presumably as a combined result of corepressor complex dissociation and subsequent active recruitment of coactivators by liganded TR (see Fig. ​ Fig.7D 7D ).

RbAP46 also binds preferentially to hypoacetylated histones, and hypoacetylated histones are required for association of the Sin3A complex with pericentromeric heterochromatin. (A) The binding of [ 35 S]methionine-labeled histone H3 to RbAP46 was competed with hypo- or hyperacetylated core histones. The amount of histones used was the same as for Fig. ​ Fig.4C. 4C . (B) To assess the effect of histone acetylation on binding of the Sin3A complex to the α-satellite sequence in the chromosome 4 pericentric heterochromatin, HeLa 㬒 cells were treated with TSA in a time course as indicated. ChIP assay was then carried out to determine the binding of the Sin3A complex and the status of histone acetylation.

Consistent with the result that TSA treatment resulted in dissociation of the SMRT/N-CoR complexes from the D1 promoter, qPCR analysis showed increased transcription of the D1 gene after TSA treatment (Fig. ​ (Fig.6E). 6E ). The increased level of transcription is consistent with the ChIP data in Fig. ​ Fig.6A, 6A , showing the recruitment of RNA Pol II after T3 and TSA treatment.

RbAp46 also binds preferentially to hypoacetylated histones.

Since RbAp46 and RbAp48 in Sin3 and Mi-2/NuRD complexes are analogous to TBL1 and TBLR1 in SMRT/N-CoR complexes, we next tested whether RbAp46 also binds preferentially to the hypoacetylated histones. We have shown previously that RbAp46 binds to histone H3 rather than H4 (41). Using a competition experiment set up as for Fig. ​ Fig.4C, 4C , we found that core histones derived from TSA-untreated cells competed much more efficiently (�-fold) than those from TSA-treated cells (Fig. ​ (Fig.7A). 7A ). Thus, RbAp46, much like TBL1 and TBLR1, also binds preferentially hypoacetylated histones (presumably H3).

Targeting of the Sin3A complex to pericentromeric chromatin is dependent on histone hypoacetylation.

To test whether histone acetylation also influences targeting of the Sin3 complex to chromatin, we made use of our recent finding that the Sin3A complex is present and actively involved in the maintenance of the hypoacetylated status of the pericentric heterochromatin (39). As shown in Fig. ​ Fig.7B, 7B , the association of Sin3A with the α-satellite sequence in the chromosome 4 centromere was diminished after TSA treatment, which led to increases in acetylation of H3 and H4. Similar results were observed when the association of Sin3A with the pericentromeric sequences of chromosomes 10 and 11 was analyzed (data not shown). These results suggest that interaction between HDAC complexes and hypoacetylated histones may have a general role in stabilizing the association of HDAC complexes with chromatin. Given their in vitro interaction with hypoacetylated histones (Fig. ​ (Fig.7A), 7A ), we suggest that RbAp46/48 in the Sin3A complex are likely to be the proteins that recognize and bind to the hypoacetylated histone tails in pericentric heterochromatin.

Histone hypoacetylation alone is not sufficient for stable association of SMRT/N-CoR complexes with chromatin.

Recent studies suggest that H3-K9 methylation serves as an epigenetic marker to recruit heterochromatin protein I (HP1) for long-term repression (2, 21, 26, 28). We next tested whether the interaction of SMRT/N-CoR and Sin3A complexes with hypoacetylated histones alone is sufficient to recruit and/or maintain the association of the corepressor complexes with chromatin. We find that the histone hypoacetylation alone is not sufficient to recruit or maintain the binding of the corepressor complexes, based on the following evidence. First, as shown in Fig. ​ Fig.8A, 8A , ChIP assays revealed the absence of Sin3A in the D1 promoter and, conversely, the absence of SMRT/N-CoR in the α-satellite of chromosome 4, although both loci were associated with hypoacetylated H3 and H4. This result implies that histone hypoacetylation itself is not sufficient for recruiting either corepressor complex. If histone hypoacetylation is sufficient for binding of SMRT/N-CoR corepressor complexes, we would expect to see the presence of SMRT/N-CoR in the α-satellite of chromosome 4. Second, in a time course experiment where we followed the dissociation of SMRT and N-CoR and changes in histone acetylation upon T3 treatment (Fig. ​ (Fig.8B), 8B ), we found that the dissociation of SMRT and N-CoR from the D1 promoter was a rapid event, occurring within 5 min upon addition of T3. However, the increase in histone acetylation was not detected until 10 min after T3 treatment, indicating that the dissociation of SMRT/N-CoR complexes occurred prior to an increase in histone acetylation. This result implies that in the absence of unliganded TR and SMRT/N-CoR interaction, the interaction between SMRT/N-CoR and hypoacetylated histones is not sufficient to maintain their chromatin association. It is noteworthy that the recruitment of coactivator SRC-1 could be detected as early as 5 min, which may recruit CBP/p300 and account for the subsequent increase in histone acetylation. Consistent with a previous publication (32), the recruitment of TRAP220, a subunit of the TRAP/DRIP/SMCC complex was not detected until 30 min after T3 treatment.

Next we tested whether addition of T3 would lead to dissociation of SMRT/N-CoR under conditions where T3-induced histone acetylation is inhibited. Previous studies suggest that histone acetylation upon T3 treatment is most likely a result of T3-dependent recruitment of CBP/p300 (18). To inhibit T3-induced histone acetylation, we first permeated HeLa 㬒 cells with digitonin and preincubated the cells with Lys-CoA, a potent CBP/p300-selective hypoxanthine-aminopterin-thymidine inhibitor (50 μM), for 1 h before the addition of T3. The cells were then taken at various time points after addition of T3, and the association of N-CoR with the D1 promoter was determined by ChIP assay. As shown in Fig. ​ Fig.8C, 8C , addition of Lys-CoA indeed blocked the T3-dependent increase of H4 acetylation as revealed by ChIP assay. However, much of the N-CoR was dissociated from the chromatin under these conditions, suggesting that blocking histone acetylation in the absence of unliganded TR and N-CoR interaction is by itself insufficient to fully maintain the association of the N-CoR complex with chromatin. Together these data indicate that the interaction with hypoacetylated histones alone is neither sufficient to recruit nor able to maintain the chromatin association of the SMRT/N-CoR complexes.

Role of histone deacetylation by HDAC3 in targeting SMRT/N-CoR complexes to chromatin.

Thus far our results indicated that targeting of SMRT/N-CoR complexes to the D1 promoter by unliganded TR also requires TBL1/TBLR1 (Fig. ​ (Fig.3) 3 ) and hypoacetylated histones (Fig. ​ (Fig.6). 6 ). As HDAC3 is critically important for the observed histone deacetylation over the D1 promoter (Fig. ​ (Fig.1D), 1D ), we next tested the role of HDAC3 in targeting SMRT/N-CoR complexes to the D1 promoter. As shown in Fig. ​ Fig.8D 8D by ChIP assays, treatment with siHDAC3 significantly impaired the association of SMRT, N-CoR, and TBL1 with the D1 promoter, whereas treatment with siHDAC1 had no effect. Thus, deacetylation by HDAC3 has a critical role in targeting SMRT/N-CoR complexes to the D1 promoter. Control coimmunoprecipitation experiments showed that siHDAC3 treatment did not affect expression or formation of the remaining SMRT/N-CoR complexes (data not shown) (41).


A first of its kind tool to study the histone code

University of North Carolina scientists have created a new research tool, based on the fruit fly, to help crack the histone code. This research tool can be used to better understand the function of histone proteins, which play critical roles in the regulation of gene expression in animals and plants.

This work, published in the journal Developmental Cell, opens the door to experiments that are expected to uncover new biology important for a host of conditions, such as neurological diseases, diabetes, obesity, and especially cancer, which has become a hotbed of epigenetic research.

"People think cancer is a disease of uncontrolled proliferation, but that's just one aspect of it," said Robert Duronio, PhD, professor of biology and genetics and co-senior author. "Cancer is actually a disease of development in which the cells don't maintain their proper functions they don't do what they're supposed to be doing." Somehow, the gene regulation responsible for proper cell development goes awry.

One aspect of gene regulation involves enzymes placing chemical tags or modifications on histone proteins – which control a cell's access to the DNA sequences that make up a gene. Properly regulated access allows cells to develop, function, and proliferate normally. The chemical modification of histones is thought to be a form of epigenetic information – information separate from our DNA – that controls gene regulation. This idea is based on the study of the enzymes that chemically modify histones. However, there is a flaw in this argument.

"In complex organisms, such as fruit flies, mice, and humans, scientists have only been able to infer how these enzymes mechanistically accomplish their tasks," said Daniel McKay, PhD, assistant professor of genetics and biology and first author of the paper. "It's been technically impossible to directly study the role of histone modifications. Now, through our collaboration between UNC biologists, we've been able to develop a tool in fruit flies to directly test the function of histones independently of the enzymes that modify them."

This is crucial because therapies, such as cancer drugs, can target histones. With this new research tool, scientists will be able to better study thousands of enzyme-histone interactions important for human health.

"If you think of the genome as a recipe book, then you could say we've made it possible to know that there are hidden ingredients that help explain how specific recipes turn out correctly or not," said Greg Matera, PhD, professor of biology and genetics and co-senior author of the paper. "That's the first step in scientific discovery – knowing that there are things we need to look for and then searching for them."

Before now, a lot of this epigenetic research had been done in yeast – single cell organisms that also use enzymes to lay chemical tags on histone proteins. This work has yielded many interesting findings and has led to the development of therapeutics. But some of this work has led to an oversimplification of human biology, leaving many questions about human health unanswered.

For instance, in complex organisms, enzymes in cells typically do more than one thing. One likely reason for this is that animals undergo cellular differentiation human life begins as a single cell that differentiates into the various cell types needed for different organs, body parts, blood, the immune system, etc. This differentiation has to be maintained throughout life.

"Because of this, animals likely have a greater requirement for epigenetic regulation than yeast do," Matera said. "Animal cells have to 'remember' that they must express genes in specific ways." When cancer cells start dividing rapidly to form tumors, these cells are actually reverting to an earlier time in their development when they were supposed to divide rapidly. The gene regulation that was supposed to rein them in has gone haywire.

Whereas in yeast, a histone-modifying enzyme might have a single regulatory task, the human version of that same enzyme might have other regulatory tasks that involve additional proteins.

"In fact, maybe the really critical target of that one modifying enzyme is some other protein that we don't know about yet," Matera said. "And we need to know about it."

The best way to figure that out would be to make it impossible for the enzyme to modify a histone by changing – or mutating – the histone protein. If a histone protein could be disabled in this way and cells still behaved normally, then that would mean there was some other protein that the enzyme acted on. To do this, however, would require replacing a histone gene with a genetically engineered one that could not be modified by an enzyme.

The problem is that in animals, such as mice and humans, there are many histone genes and they are scattered throughout the genome. This makes replacing them with 'designer' histone genes difficult. In addition, other genes are located in between the histone genes. Therefore, deleting the portion of the chromosome with histone genes in order to replace them with a modified one would wind up deleting other genes vital for survival. This would make such an approach in, say, a mouse, useless.

"It has been technically impossible to do this kind of research in complex organisms," Duronio said. "But fruit flies have all their histone genes in one place on the chromosome this makes it feasible to delete the normal genes and replace them with designer genes."

Matera, Duronio, and McKay led an effort to delete the histone genes in fruit flies and replace them with specific designer histone genes they created. These new genes were created so they could not be the repositories of epigenetic tags or modifications. That is, the modifying enzyme would not be able to do its job on that particular protein.

As shown in the Developmental Cell paper, the researchers put their new tool to the test. They "broke" one histone protein that had been identified to interact in a specific way with a modifying enzyme, and they got the outcome in fruit flies they expected. But for another enzyme-histone interaction, the researchers got an unexpected result.

Previously, in mammalian cells, other researchers had discovered that when you mutate a specific modifying enzyme, the result is death because the cells can't replicate.

With their new fruit fly research model, the UNC researchers altered the histone gene so that this particular enzyme could not modify its histone protein target. The result was not death. In fact, the flies lived and flew as normal flies do. This meant that the enzyme, which was previously proven to be vital to life, must do something else very important.

"There must be another target for that modifying enzyme," Matera said. "There must be another hidden carrier of epigenetic information that we don't know about."

McKay added, "This is a demonstration of the potential of our epigenetic platform. Going forward, we're going to do a lot more experiments to identify more discrepancies and hopefully other targets of these enzymes. We're on the ground floor of a long-term project."

This research shows that the epigenetic recipe book for yeast is thin. The recipe book for humans, which is genetically akin to the one for fruit flies, is much thicker, more complex, and full of hidden ingredients scientists have yet to discover.


Is the “Histone Code” an Organic Code?

Post-translational histone modifications and their biological effects have been described as a ‘histone code’. Independently, Barbieri used the term ‘organic code’ to describe biological codes in addition to the genetic code. He also provided the defining criteria for an organic code, but to date the histone code has not been tested against these criteria. This paper therefore investigates whether the histone code is a vicdanlı organic code. After introducing the use of the term ‘code’ in biology, the criteria a putative organic code such as the histone code must conform to in order to be recognised as an organic code are described. Our current knowledge of histones and their major post-translational modifications, and the specific protein binding domains that recognise and translate these into specific biological effects, is then reviewed in detail. The histone modification system is then placed in the context of an organic code and it is concluded that it fulfils all the requirements of an organic code. The marks produced on histones by processes such as acetylation and methylation act as organic signs that are translated into unique biological effects, their biological meanings. These translations are accomplished by effector proteins that consist of a binding domain that recognises a specific histone mark and a regulatory domain that mediates the biological effect. Crucially, these domains can be experimentally interchanged between different effector proteins, thus altering the rules that specify the relationships between sign and meaning. The effector proteins therefore fulfil the role of adaptor molecules.

Bu, abunə məzmununun, qurumunuz vasitəsilə girişin önizləməsidir.


Videoya baxın: ما هي أكواد Barcode و QR-Code كل ما تود معرفته عنها وكيف تخصص رمز يحتوي علي بياناتك وفك تشفير اي كود (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Macdhubh

    I want to too!

  2. Cestmir

    It is exclusively your opinion

  3. Alaric

    Təbrik edirəm, nə sözlər ..., diqqətəlayiq fikir

  4. Pfesssley

    mesaj çox yaxşıdır

  5. Othman

    sənin gözəl ifadən olmasaydı nə edərdik

  6. Pygmalion

    Tamamilə haqlısan. Bu bir şeydə bu əla fikir olduğunu düşünürəm.



Mesaj yazmaq