معلومة

هل يمكن للمرء أن يتحدث عن نزع الأسيتيل للمروج بدلاً من الهيستون المرتبط به؟

هل يمكن للمرء أن يتحدث عن نزع الأسيتيل للمروج بدلاً من الهيستون المرتبط به؟


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.

أنا مرتبك بشأن أحد التفاصيل في ورقة أقرأها ولست متأكدًا مما إذا كنت أسيء فهم الصياغة أو سوء فهم المفهوم. أقوم بتضمين الملخص الكامل لهذه الورقة للخلفية:

التنظيم اللاجيني لبيولوجيا الرحم عن طريق عامل النسخ KLF11 عبر نزع هيستون بعد الترجمة من إنزيمات التمثيل الغذائي للسيتوكروم p450.

Zheng Y، Tabbaa ZM، Khan Z، Schoolmeester JK، El-Nashar S، Famuyide A، Keeney GL، Daftary GS.

الملخص:

يعد تنظيم الغدد الصماء في بيولوجيا الرحم أمرًا بالغ الأهمية لتقبل الجنين والتكاثر البشري. تعتمد بطانة الرحم على مدخلات الستيرويد الجنسي الخارجية ومن ثم فمن المحتمل أن يكون لديها آليات تمكن من التكيف مع التغيرات الهرمونية. تشير الدلائل المستجدة إلى أن التوافر البيولوجي للستيرويد الجنسي في بطانة الرحم يتم تحديده عن طريق تعديل معدل الأيض ومصيره عن طريق تنظيم إنزيمات السيتوكروم (CYP) p450. يتم استهداف إنزيمات CYP بواسطة عوامل النسخ المعبر عنها في كل مكان Sp / Krüppel (Sp / KLF). على وجه التحديد ، يتم التعبير عن KLF11 بشكل كبير في الأنسجة التناسلية ، وينظم مجموعة من مسارات الغدد الصماء / التمثيل الغذائي عبر آليات قائمة على الهيستون اللاجينية ، وعندما يتم التعبير عنه بشكل شاذ ، فإنه يرتبط بمرض السكري وأمراض الجهاز التناسلي ، مثل الورم العضلي الأملس وانتباذ بطانة الرحم. باستخدام KLF11 كنموذج للتحقيق في التنظيم اللاجيني لعملية التمثيل الغذائي للمرحلة الأولى من بطانة الرحم ، قمنا بتقييم التعبير عن مجموعة شاملة من الإنزيمات الأيضية في خلايا إيشيكاوا. قام KLF11 بقمع معظم إنزيمات CYP بطانة الرحم. لتوصيف آليات تنظيم الوراثة اللاجينية المعينة لـ KLF11 ، ركزنا على إنزيم استقلاب الإستروجين CYP3A4. انخفض تعبير KLF11 في ظهارة بطانة الرحم في المرحلة الإفرازية المرتبطة بزيادة تعبير CYP3A4. بالإضافة إلى ذلك ، يرتبط KLF11 بعناصر GC لمروج CYP3A4 وبالتالي قمع المروج والرسالة والبروتين وكذلك الوظيفة الأنزيمية. تم التوسط في هذا القمع جينيًا ، لأن KLF11 تم تحديد موقعه مع عامل الضغط الكبري SIN3A / هيستون ديستيلاز وتجنيده مما أدى إلى نزع الأسيتيل الانتقائي لمروج CYP3A4. تم عكس القمع من خلال طفرة في KLF11 ألغت تجنيد العامل المساعد والالتزام. كان هذا القمع أيضًا قابلاً للانعكاس دوائيًا باستخدام مثبط هيستون ديسيتيلاز. يمكن أن يكون للتغيير الدوائي في استقلاب بطانة الرحم آثار انتقالية طويلة المدى على التكاثر البشري وأمراض الرحم.

الاقتباس:

Zheng Y و Tabbaa ZM و Khan Z و Schoolmeester JK و El-Nashar S و Famuyide A et al. التنظيم اللاجيني لبيولوجيا الرحم عن طريق عامل النسخ KLF11 عبر نزع هيستون بعد الترجمة من إنزيمات التمثيل الغذائي للسيتوكروم p450. طب الغدد الصماء. 2014 ؛ 155: 4507-20.

سؤالي حول الجملة من الرابعة إلى الأخيرة من هذا الملخص على وجه التحديد:

"تم التوسط في هذا القمع جينيًا ، لأن KLF11 تم تحديد موقعه مع CYP3A / هيستون ديستيلاز وتجنيده مما أدى إلى نزع الأسيتيل الانتقائي لمحفز CYP3A4."

يبدو أن هذه الجملة تقول أن SIN3A / هيستون ديستيلاز يقوم بإزالة أسيتيل محفز CYP3A4 نفسه (أي أنه يزيل الأسيتيل عن منطقة من الحمض النووي مباشرة). ومع ذلك ، ألا ينبغي أن يزيل هيستون ديستيلاز الهيستون ، وليس منطقة من الحمض النووي؟ هل أنا أسيء فهم الآلية؟ أم أن "نزع الأسيتيل لمحفز CYP3A4" هو حقًا طريقة مختصرة لقول "نزع أسيتيل هيستون المرتبط بمروج CYP3A4"؟

شكرا مقدما لمساعدتكم!


من الواضح أن المؤلفين قصدوا أن يكتبوا أن الهستونات المرتبطة بالمُحفِّز تصبح منزوعة الأسيتيل. لا يمكن أن يقصدوا المروج نفسه لأن هذا هو الحمض النووي.

ما كتبوه ليس اختصارًا أو استخدامًا بديلاً مقبولًا ، ولكنه مجرد خطأ - غالبًا ما تحتوي الأوراق المنشورة على أخطاء مطبعية وأخطاء من هذا النوع. ربما قصد المؤلفون كتابة الشكل الصحيح تقنيًا للكلمات لكنهم فقدوا عبارة. أو ربما يكونون قد تجاوزوا الحد المسموح به لعدد الكلمات في الملخص ، ولذا فقد مروا بالقص ، لكنهم قلصوا أكثر من اللازم.

لماذا لم يلتقط الحكام هذا؟ بالطبع كان ينبغي أن يفعلوا ذلك ، لكن ربما كانوا أكثر اهتمامًا بمحتويات الورقة وما إذا كانت التجارب التي وصفها المؤلفون تبرر استنتاجاتهم. إنهم علماء مشغولون وربما يقومون بهذه المهمة طواعية.

في الختام ، العلماء بشر ، والكتابة العلمية صعبة ، والجميع يخطئ. لكن لا يزال يتعين علينا محاولة نقل أفكارنا بأكبر قدر ممكن من الوضوح ، وبالتأكيد عدم نسخ شيء غير صحيح أو غامض تقنيًا ، فقط لأنه جعله مطبوعًا.


هذا هو كل شيء عن تفاعلات الحمض النووي والبروتين. تتفاعل منطقة المروج في الحمض النووي مع تعديلات هيستون ، التي تتحكم فيها بروتينات أخرى.


أرابيدوبسيس هيستون ديسيتيلاز 6: رابط أخضر لإسكات الحمض النووي الريبي

إن إعادة البرمجة الوراثية فوق الجينية هي أساس بدء السرطان وتطوره. بشكل عام ، يتناقض الانخفاض على مستوى الجينوم في مثيلة السيتوزين مع فرط الميثيل في مناطق التحكم في جينات مثبطات الورم الراسخة وظيفيًا والعديد من الجينات الأخرى التي لم يتضح بعد دورها في بيولوجيا السرطان. في حين أن نظرة ثاقبة للآليات التي تحفز مثيلة السيتوزين الشاذة في الخلايا السرطانية قد بدأت للتو في الظهور ، فإن الإشارات الأولية لمثيلة المروج المماثلة في النباتات موثقة جيدًا. في أرابيدوبسيس ، يتطلب إسكات المروجين مكونات من آلية تداخل الحمض النووي الريبي (RNA) ومحفز RNA مزدوج الشريطة (dsRNA) للحث على حالة كروماتين قمعية تتميز بمثيلات السيتوزين ونزع استيل الهيستون المحفز بواسطة RPD3 من نوع هيستون ديستيلاز AtHDA6. وقد ثبت حدوث آليات مماثلة في الخميرة الانشطارية والثدييات. تركز هذه المراجعة على الروابط بين مثيلة السيتوزين و dsRNA و AtHDA6 التي تسيطر عليها هيستون نزع أسيتيل أثناء إسكات المروج في أرابيدوبسيس ويناقش التشابه الميكانيكي المحتمل لهذه الأحداث في إسكات السرطان والخلايا النباتية.


خلفية

يمكن أن تؤدي التغيرات البيئية المفاجئة إلى تغييرات سريعة ودراماتيكية في التعبير الجيني. يتضمن هذا التعبير المنسق لمئات إلى آلاف الجينات ، التي يتم تعديل تعبيرها بدقة من حيث التوقيت والحجم. تعمل العديد من عوامل النسخ المختلفة في الخلية في أي وقت وتستجيب لإشارات المنبع المميزة. لذلك ، يجب أن تدمج الخلايا عمل العديد من الإشارات والعوامل التنظيمية لإنتاج برنامج تعبير جيني متماسك مخصص لكل بيئة جديدة.

تستجيب الخميرة للإجهاد جزئيًا عن طريق بدء الاستجابة البيئية للإجهاد (ESR) ، والتي تتكون من حوالي 600 جين يتم قمع تعبيرها وحوالي 300 جين يتم تحفيز تعبيرها عن طريق الضغوط المتنوعة [1 ، 2]. تشمل الجينات المكبوتة ما يقرب من 130 جينًا من بروتين الريبوسوم ('RP') ومجموعة متميزة من حوالي 450 جينًا مرتبطة بشكل أوسع بتخليق البروتين ("جينات PS"). يتم التعبير عن كلا المجموعتين بشكل كبير في الخلايا التي تنمو بنشاط ولكن يتم قمعها بشكل حاد ، مع ملامح تعبير مختلفة قليلاً ، استجابة للإجهاد. تشارك الجينات المستحثة في ESR ("جينات iESR") في جوانب متنوعة من الدفاع عن الإجهاد ، بما في ذلك تنظيم الأكسدة والاختزال ، وطي البروتين ، وتحمل التناضح ، وإشارات الخلية ، ووظائف أخرى. إن بدء ESR ليس مطلوبًا للبقاء على قيد الحياة من الإجهاد المسيء ولكنه يساعد على حماية الخلايا من الجرعات الشديدة اللاحقة من نفس الإجهاد أو مختلف (على الرغم من أنه لا يمكن أن يفسر بشكل كامل مقاومة الإجهاد المكتسبة في جميع الحالات) [3].

على الرغم من تنشيطه بواسطة ضغوط مختلفة ، يتم تنظيم ESR بشكل مختلف اعتمادًا على البيئة. تم ربط العديد من مسارات الإشارات الأولية في تنظيم ESR الخاص بحالة معينة ، بما في ذلك الجلسرين عالي الأسمولية (HOG) [4] (Jessica Clarke و APG ، بيانات غير منشورة) ، MEC [5] ، وبروتين كيناز C (سكوت توبر و APG ، مسارات غير منشورة) استجابةً للصدمة التناضحية ، أو تلف الحمض النووي ، أو عوامل الاختزال ، على التوالي ، وبروتين كيناز أ ومسارات الراباميسين (TOR) عند تخفيف الإجهاد [6-10] (تمت مراجعته في [11]). علاوة على ذلك ، يمكن تحفيز مجموعات فرعية مختلفة من جينات iESR بواسطة عوامل النسخ الخاصة بالإجهاد ، مثل عامل الإجهاد التأكسدي Yap1p [1] ، وعامل الصدمة الحرارية Hsf1p [12-14] ، و Sko1p و Hot1p عند الإجهاد التناضحي [15-18 ] ، وعوامل النسخ "الإجهاد العام" Msn2p و Msn4p استجابة للضغوط المتنوعة (تمت مراجعتها في [11]). ومع ذلك ، لا يُعرف الكثير عن كيفية دمج هذه الإشارات للتوسط في بدء ESR ، أو كيفية تنسيق الجينات المكبوتة في ESR مع الجينات المستحثة في البرنامج.

تتمثل إحدى آليات تغيير التعبير الجيني في التغييرات في حالة الكروماتين. يقوم هيستون ديسيتيلاز Rpd3p بإزالة الهيستونات في كل من المناطق المشفرة وغير المشفرة ، حيث يُعتقد أنه يعمل في مجمعين متميزين على الأقل (تمت مراجعته في [19 ، 20]). مركب صغير (Rpd3S) يمنع بدء النسخ المشفر عن طريق نزع الهستونات بعد استطالة البوليميراز [21-23]. يتم تجنيد Rpd3S من خلال العمل المشترك للوحدتين الفرعيتين Eaf3p و Rco1p إلى هيستون H3 ميثيل بواسطة Set2p أثناء نسخ إطار القراءة المفتوح [21-23]. في المقابل ، يتم تجنيد مركب كبير (Rpd3L) للمروجين بواسطة بروتينات ربط الحمض النووي الخاصة بالموقع ، بما في ذلك الوحدة الفرعية Ume6p من Rpd3L ، حيث يُعتقد أنها تعمل في بدء النسخ [23-27]. من المعروف أن Rpd3p يربط محفزات مختلفة في ظل ظروف مختلفة ، مثل الصدمة الباردة وعلاج الرابامايسين [28-30]. في الواقع ، فإن العديد من المحفزات التي يعيد توطين Rpd3p لها هي من الجينات المكبوتة في ESR. لم تظهر تأثيرات Rpd3p على هذه المحفزات على نطاق عالمي ، ولكن النتيجة تشير إلى أن Rpd3p مطلوب للقمع المعتمد على الإجهاد لجينات ESR [11 ، 30].

على الرغم من ارتباطها تقليديًا بالقمع ، يمكن أن تعمل هيستون ديستيلاسز أيضًا أثناء تنشيط الجينات [31-36]. يتطلب تحريض العديد من جينات الخميرة المختلفة Rpd3p بعد العلاج بالملح أو نقص الأكسجة أو تلف الحمض النووي [32-34]. الآلية الدقيقة غير واضحة ولكنها تتطلب Rpd3p لتوظيف بوليميراز RNA لمحفزات الجينات (بما في ذلك جينات iESR) الناتجة عن الصدمة التناضحية وتلف الحمض النووي [32 ، 34]. علاوة على ذلك ، يتطلب تحريض الجينات ناقصة التأكسج نزع هيستون المعتمد على Rpd3p من أجل إزاحة النيوكليوسوم والربط المستقر لعامل النسخ Upc2p داخل المناطق التنظيمية للجينات [33]. لقد تم ربط Rpd3p بتحريض الجين المعتمد على الإجهاد وقمعه ، مما أدى إلى زيادة احتمال مشاركة Rpd3p في تنظيم كل من الجينات المستحثة والمقموعة داخل ESR.

في الواقع ، نظهر هنا أن Rpd3p مطلوب لبدء ESR بشكل صحيح ، بما في ذلك التنظيم الطبيعي لكل من الجينات المستحثة والمقموعة ، في الخميرة التي تستجيب لضغوط متعددة. خلايا تفتقر RPD3 أو الوحدة الفرعية Rpd3L PHO23 عيبًا كبيرًا ، وتحديداً خلال المرحلة العابرة بعد H.2ا2 في حين أن الخلايا التي تفتقر إلى الوحدة الفرعية Rpd3S RCO1 لم. كشف الترسيب المناعي للكروماتين (ChIP) في جينات ESR المرشحة أن Rpd3p ينتقل إلى العديد من المروجين عند الضغط للتوسط في نزع الهستون ، ومع ذلك ، كان النمط الدقيق لتغيير الكروماتين مختلفًا بالنسبة للجينات والجينات المختلفة التي تم فحصها. نظهر أن Rpd3p يرتبط مباشرة بالجينات التي يسببها الإجهاد وهو ضروري للربط الطبيعي لـ Msn2p بالعديد من المروجين. معًا ، يشير هذا العمل إلى أن Rpd3L عامل مساعد مهم في شبكة تنظيم ESR.


نتائج

هياكل G4 تشير إلى المروجين مع زيادة شغل Pol II

لاستكشاف ما إذا كانت عملية النسخ تعدل تكوين بنية G4 في الكروماتين ، استخدمنا خط خلايا سرطان الدم النخاعي المزمن البشري K562 المميز على نطاق واسع كنظام نموذجي [13]. تم تحديد تكوين بنية G4 بواسطة G4 ChIP-seq [14] ، وإمكانية الوصول إلى الكروماتين عن طريق ATAC-seq (مقايسة للكروماتين الذي يمكن الوصول إليه بواسطة transposase باستخدام التسلسل) وشغل Pol II بواسطة Pol II ChIP-seq (الشكل 1 أ). الإجماع ، تم تعريف G4s الذاتية على أنها قمم G4 ChIP-seq موجودة في اثنين على الأقل من ثلاثة مكررات بيولوجية (ارتباط بيرسون ص & GT 0.96). تشتمل غالبية قمم G4 المتفق عليها (& gt 75٪) على أشكال تسلسل G4 التي ثبت بشكل مستقل أنها تطوي في بنية G4 في المختبر ، عن طريق مقايسة توقف بوليميريز الحمض النووي (G4-seq ملف إضافي 1: الشكل S1A) [15 ]. في خلايا K562 ، تم إثراء توافق G4s بدرجة عالية في المروجين (يُعرّف على أنه TSS ± ​​500 نقطة أساس ملف إضافي 1: الشكل S1B) ، يشار إليه فيما بعد باسم المروج G4s. تم تمييز الجينات المروج G4s مع زيادة التعبير بشكل ملحوظ مقارنة بالمروجين الذين يفتقرون إلى بنية G4 (ص & lt 2.2 × 10 - 16 ملف إضافي 1: الشكل S1C مجموعة بيانات RNA-seq رقم انضمام GEO. GSE88473). ATAC-seq على ثلاث مكررات بيولوجية مستقلة (ارتباط بيرسون ص & gt 0.98) أيضًا أن غالبية G4s (88.2٪) كانت موجودة في NDRs (ملف إضافي 1: الشكل S1D) كما يتضح من MYC و كراس المروج G4s (الشكل 1 ب). تدعم هذه النتائج ملاحظاتنا السابقة ، في خلايا HaCaT والخلايا الكيراتينية الأولية [5] وتدعم أن G4s الذاتية توجد بشكل أساسي داخل الكروماتين المفتوح عند المروجين. بالنظر إلى أن المروج الداخلي G4s يشير إلى النسخ المرتفع ، كخطوة أولى ، حددنا إشغال Pol II في هذه الجينات. استخدام تسلسل Pol II ChIP (5 تكرارات بيولوجية لترابط بيرسون ص & gt 0.99) ، لاحظنا ارتفاعًا ملحوظًا في شغل Pol II في المروجين باستخدام G4 الداخلي مقارنةً بمن ليس لديهم (ص & lt 2.2 × 10-16 الشكل 1 ج). لتوضيح كيف يمكن أن يتأثر تكوين G4 بالنسخ النشط وما إذا كان يتم تعزيز تكوين G4 من خلال بيئة كروماتين أكثر انفتاحًا مقابل بيئة كروماتين مضغوطة ، فقد ركزنا غالبية الدراسات التالية حصريًا على المروج G4s (TSS ± ​​500 نقطة أساس) التي يشغلها Pol II.

النسخ ليس ضروريًا لتشكيل G4 في المروجين. أ نظرة عامة على التصميم التجريبي. أسود ، البيانات التي تم إنشاؤها في هذه الدراسة زرقاء ، منشورة مجموعات بيانات RNA-seq. ب أمثلة تمثيلية للمسارات الجينومية G4 ChIP-seq في خلايا K562 لـ MYC و كراس. من المسارات العلوية إلى السفلية ، تظهر إشارة G4 ChIP-seq (أصفر) ، والتحكم في إدخال G4 ChIP-seq (أصفر) ، وإشارة ATAC-seq (باللون الأخضر) والزخارف المتسلسلة التي يمكن أن تشكل G4s في المختبر (تُعرَّف على أنها مواقع G4-seq ، انظر المرجع [15]) على الشريط الأمامي (+ ss) أو العكسي (−ss) (الأزرق). يتم حساب الإشارة كميًا حسب عدد المليون (CPM). ج مخطط مربع لإشارة Pol II ChIP-seq (log2CPM) عند المروجين (TSS ± ​​500 نقطة أساس) في الكروماتين الذي يمكن الوصول إليه (ATAC +) مع G4 داخلي (G4 ChIP +) أو بدون G4 (G4 ChIP−) ولكن لها أشكال تسلسلية يمكن طيها في هياكل G4 في المختبر (G4- seq). اختبار ويلكوكسون: ص & lt 2.2 × 10 - 16. د تمثيل رسومي لتشكيل G4 وتجارب تثبيط النسخ. ه النشاف الغربي لـ Pol II Ser2-P وإجمالي Pol II من خلايا K562 المعالجة مع أو بدون 100 ميكرومتر DRB لمدة ساعة واحدة. يوفر act-actin التحكم في التحميل. F مخطط بلاند ألتمان (MA) يظهر تغير الطية في إشارة G4 ChIP-seq عند المروجين بين خلايا K562 المعالجة بـ DRB مقابل خلايا K562 المعالجة بـ DMSO. ذات دلالة إحصائية (ص & lt 0.01) الإشارات الأعلى والأدنى باللون الأحمر والأزرق ، وتشير النقاط السوداء على التوالي إلى عدم تغير المناطق. ز النشاف الغربي لـ Pol II Ser5-P وإجمالي Pol II لخلايا K562 المعالجة أو بدون 10 ميكرومتر من تريبتوليد (TPL) لمدة 30 دقيقة أو ساعتين. يوفر act-actin التحكم في التحميل. ح مؤامرة MA مشابهة للوحة F توضح تغيير الطية في إشارة G4 ChIP-seq عند المروجين بين خلايا K562 المعالجة بـ TPL مقابل خلايا K562 غير المعالجة (ص & lt 0.01)

لا يتطلب تكوين المروج G4 نسخًا نشطًا

قمنا بشكل مباشر بتقييم ما إذا كان النسخ النشط مطلوبًا لتكوين المحفز G4s ، كما تم اقتراحه [12 ، 16] ، عن طريق قياس ما إذا كان تثبيط النسخ يتسبب في فقدان G4s (الشكل 1 د). لتثبيط استطالة النسخ ، عولجت خلايا K562 باستخدام مثبط CDK9 5،6-dichlorobenzimidazole 1--d -ribofuranoside (DRB) لمنع توقف إطلاق Pol II مؤقتًا [17 ، 18]. خفض علاج DRB (ساعة واحدة) فسفرة Pol II في سيرين 2 مع عدم وجود تأثير على مستويات Pol II الكلية ، كما يتضح من النشاف الغربي (الشكل 1 هـ) ، مما يؤكد آلية التثبيط المتوقعة. تعرضت الخلايا المعالجة بـ DRB والضوابط المعالجة بـ DMSO لـ G4 ChIP-seq. لم يُظهر المروج G4s في DRB- مقابل الخلايا المعالجة بـ DMSO تغييرات ذات دلالة إحصائية ، في إشارة G4 ChIP في غالبية المواقع (ص & lt 0.01 5/4023 ، 0.1٪ أعلى ، 136/4023 ، 3.4٪ أسفل الشكل 1f). وبالتالي ، لا يؤدي تثبيط الاستطالة المعتمدة على Pol II إلى فقدان تكوين G4 عند المروجين ، وبدلاً من ذلك ، يجب أن يسبق طي G4 عند المروجين استطالة النسخ المنتجة.

لتقييم ما إذا كان تثبيط بدء النسخ يتسبب في فقدان المحفز G4s ، استخدمنا تريبتوليد (TPL) ، والذي يثبط تساهميًا في الهيليكس XPB المرتبط بـ Pol II [19]. كما يتضح من النشاف الغربي ، يؤدي علاج TPL لمدة ساعتين إلى خسارة كبيرة في فسفرة Pol II سيرين 5 وفقدان شامل لمستويات بروتين Pol II (الشكل 1g). ومع ذلك ، فإن تثبيط TPL لم يقلل بشكل كبير من إشارة المروج G4-ChIP الإجمالية (ص & lt 0.01 11/4268 لأسفل ، 0.3٪ شكل 1 ساعة). على العكس من ذلك ، فإن عددًا كبيرًا (ص & lt 0.01 449/4268 أعلى ، 10.5٪) من المروج G4s أظهر زيادة في إشارة G4 بعد علاج TPL. يتناقض هذا مع التجارب التي أُجريت على خلايا سرطانية غدية بشرية لم تُظهر أي تغييرات في G4 بعد علاج TPL [20]. من المحتمل أن تنشأ ملاحظتنا لتكوين G4 المتزايد عند المروجين بعد علاج TPL من إلغاء نشاط الهليكاز للطائرات XPB / XPD التي تعمل على حل G4 [19 ، 21]. على عكس العمل السابق الذي يشير إلى أن طي G4 يتم تعزيزه عن طريق النسخ النشط من خلال توليد DNA أحادي السلسلة [12] ، تشير نتائجنا إلى أن النسخ النشط ليس ضروريًا لطي G4s في المحفزات.

المروج الداخلي G4 القابل للطي حساس لضغط الكروماتين

نظرًا لأن تثبيط النسخ لا يزيل المروج G4s في الكروماتين ، وبما أن استرخاء الكروماتين عن طريق تثبيط هيستون ديستيلاز يمكن أن يزيد من تكوينها [5] ، فقد افترضنا أن حالة الكروماتين قد تنظم تكوين المحفز G4. لاستكشاف هذا ، استخدمنا نقص الأكسجة لمعالجة حالة الكروماتين (الشكل 2 أ). يحث نقص الأكسجة على انضغاط الكروماتين العالمي [22 ، 23] الذي يتميز بزيادة تعبير البروتين الهيتروكروماتين HP1BP3 [24] ، ومثيلة هيستون H3 ليسين 9 (H3K9me3) [25] وانخفاض أستلة الهيستون [26]. تعرضت خلايا K562 لظروف نقص الأكسجة الحادة (1 ٪ أكسجين ، 1 ساعة). تم تأكيد نقص الأكسجة عن طريق النشاف الغربي لتحريض العامل المحرض بنقص الأكسجة 1α [27] (الشكل 2 ب).تم بعد ذلك إثبات انضغاط الكروماتين على مستوى الجينوم عند نقص الأكسجة من خلال انخفاض الحساسية لهضم نوكلياز المكورات الدقيقة [28] (ملف إضافي 1: الشكل S2A). علاوة على ذلك ، في الكروماتين ناقص التأكسج ، أظهر ATAC-seq أحجامًا متزايدة للجزء المتسق مع ضغط الكروماتين (ملف إضافي 1: الشكل S2B). تم التحقق من صحة تحريض نقص الأكسجة من خلال انخفاض شغل Pol II الملحوظ في الجينات المعروف أنها قللت من التعبير في خلايا K562 ناقصة التأكسج [29] (ملف إضافي 1: الشكل S2C).

يقلل ضغط الكروماتين من المحفز G4 للطي. أ تمثيل رسومي للتصميم التجريبي بفحص G4s والنسخ وضغط الكروماتين الناجم عن نقص الأكسجة. ب النشاف الغربي لـ HIF1α من خلايا K562 المزروعة تحت ظروف طبيعية أو ناقصة التأكسج. يوفر act-actin التحكم في التحميل. ج إمكانية الوصول إلى الكروماتين في المروجين في ظل ظروف طبيعية. اللوحة العلوية ، مخطط metagene لمتوسط ​​إشارة ATAC الطبيعية (3 مكررات بيولوجية) المتمركزة في TSS في ظل ظروف طبيعية. أخضر ، محفزات للجينات النشطة مع جينات G4 (Pol II + G4 +) زرقاء نشطة بدون محفز G4 (Pol II + G4 -). اللوحة السفلية ، البيانات المرسومة للمواقع الفردية وتمثلها خرائط الحرارة. د - و تُظهر مخططات MA تغير أضعاف في إشارة ATAC-seq (د) ، إشارة G4 ChIP-seq (ه) وإشارة Pol II ChIP-seq (F) بعد نقص الأكسجة عند المروجين النشطين باستخدام G4 (Pol II + G4 +). الأزرق والأحمر ، المواقع ذات الإشارة المنخفضة أو المتزايدة بشكل ملحوظ على التوالي (ص & lt 0.05). عدد قراءة CPM لكل مليون. ز عرض الجينوم EIF4E-BP1 و KCTD5 قم بتمثيل الجينات التي تتغير بشكل كبير في ATAC-seq (أخضر) ، Pol II ChIP-seq (أسود) وقمم G4 ChIP-seq (أصفر). تقارن المسارات القمم بين نقص الأكسجة ونوروكسيا. تشير الإحداثيات الجينومية إلى نطاق المسار ويتم تحديد الإشارة كميا على أساس عدد المليون (CPM). يشير نورموكسيا في جميع الألواح إلى الخلايا المزروعة في 21٪ O2 ونقص الأكسجة يشير إلى الخلايا المعرضة لـ 1٪ O2 لمدة 1 ساعة

حددنا أولاً حالة الكروماتين لمروّجات الجينات النشطة في نورموكسيا (21٪ O2) بواسطة ATAC-seq ووجدت أن المروجين بعلامة G4 (أي Pol II + G4 +) موجودون في كروماتين يمكن الوصول إليه بشكل أكبر مقارنة بنظرائهم النشطين الذين لا يحملون علامة G4 (أي Pol II + G4 -) (الشكل 2 ج). أدى تحريض نقص الأكسجة بعد ذلك إلى انخفاض كبير في شدة إشارة ATAC-seq في غالبية مواقع مروج G4 (ص & lt 0.05 7920/9217 أسفل ، 85.9٪ شكل 2 د). في المقارنة ، يُظهر المروجون غير الحاصلين على علامة G4 ضغط كروماتين أقل بكثير (ملف إضافي 1: الشكل S2D). بعد تحريض نقص الأكسجة ، أظهر حوالي خُمس المروج G4s انخفاضًا ذا دلالة إحصائية في شدة الإشارة (ص & lt 0.05 1105/5558 down ، 19.9٪ الشكل 2 هـ) ، مما يشير إلى أن العديد من المروج G4s حساسة لضغط الكروماتين. قمنا بعد ذلك بالتحقق من صحة المبدأ العام لفقدان G4 عند ضغط الكروماتين المرتبط بنقص الأكسجة باستخدام خط خلية إضافي غير ذي صلة. تسبب نقص الأكسجة الحاد في ساركوما العظام البشرية U2OS أيضًا في انضغاط الكروماتين وأدى إلى تقليل كثافة إشارة G4 عند المروجين (ص & lt 0.05 6150/8505 أسفل ، 72.3٪ ملف إضافي 1: الشكل S3).

في خلايا K562 ناقصة التأكسج ، لاحظنا أيضًا خسارة كبيرة في شدة إشارة Pol II الإجمالية في محفزات Pol II + G4 + (ص & lt 0.05 1348/8307 أسفل ، 16.2٪ الشكل 2f) ، مع خسارة Pol II تحدث بالكامل تقريبًا في المواقع التي تقلص فيها G4s (ملف إضافي 1: الشكل S2E). يتم تمثيل هذه النتائج من خلال عروض متصفح الجينوم في الشكل 2g. على العكس من ذلك ، كانت هناك خسارة لا تذكر لـ Pol II في Pol II + G4 - المروجين (ملف إضافي 1: الشكل S2F). وبالتالي ، يتسبب انضغاط الكروماتين في فقد العديد من المحفز G4s مع فقدان مصاحب لـ Pol II.

استقرار G4 بواسطة جزيئات صغيرة يقاوم فقدان G4 و Pol II في نقص الأكسجة

لفحص ما إذا كان استقرار G4 يؤثر على تكوين G4 في نقص الأكسجة ، تصورنا بؤر G4 النووية [30] باستخدام خلايا U2OS لأن خلايا K562 لم تكن قابلة للتصوير G4. تم استخدام pyPDS ، وهو نظير PDS مع محسن للدهون (clogP PDS 2.35 ، pyPDS 4.79 ، محسوبًا باستخدام إصدار MarvinSketch 20.19.0) ، لتثبيت G4s [31 ، 32] (ملف إضافي 1: الشكل S4A). في نقص الأكسجين بدون pyPDS ، تم تقليل كثافة إشارة G4 العالمية وأرقام بؤر G4 (ص & lt 0.0001 ، ملف إضافي 1: الشكل S5). ومع ذلك ، مع إضافة pyPDS ، تم فقد عدد أقل من G4s (ص & lt 0.0001) ، مما يوضح أن استقرار G4 يحمي G4s من الانكشاف في نقص الأكسجة.

بالنظر إلى أن ضغط الكروماتين يؤدي إلى فقدان Pol II في المواقع التي يتضاءل فيها المروج G4s ، قمنا بتقييم ما إذا كان الثبات المستحث لهياكل G4 في نقص الأكسجة الناجم عن استقرار G4 يمكن أن يتسبب في الاحتفاظ بربط RNA Pol II (الشكل 3 أ). باستخدام ATAC-seq مع خلايا K562 ، أكدنا أولاً أن علاج pyPDS لم يغير بشكل ملحوظ إمكانية الوصول إلى الكروماتين في نورموكسيا وأن ضغط الكروماتين لا يزال مستمراً في ظل ظروف نقص الأكسجين (الشكل 3 ب ، ملف إضافي 1: الشكل S4B). بالنسبة لمروجي Pol II + G4 + ، وجدنا أن علاج pyPDS يقلل من فقدان Pol II بمقدار 10 أضعاف في نقص الأكسجة مقارنة بالخلايا المعالجة بـ DMSO (10.6٪ مقابل 1.2٪ على التوالي ، ص & lt 0.05 الشكل 3 ج ، د ملف إضافي 1: الشكل S4C-D). يتم تمثيل هذه النتائج من خلال عروض متصفح الجينوم لمروجي منظمات الكروماتين BRD4 و CBX1 (الشكل 3 هـ). علاوة على ذلك ، لم يلاحظ أي تغييرات في Pol II مع علاج pyPDS في نورموكسيا (ملف إضافي 1: الشكل S4E) ، أو في المروجين غير الموسوم بعلامة G4 في خلايا ناقصة التأكسج التي تم علاجها بنظام pyPDS (ملف إضافي 1: الشكل S4F). تستبعد هذه النتائج التأثيرات غير المحددة المرتبطة بالرابطات على توظيف Pol II. وبالتالي ، فإن الاستمرارية المستحثة لبنية G4 ، والتي من شأنها أن تضيع أثناء ضغط الكروماتين ، تؤدي إلى الاحتفاظ بربط Pol II.

استقرار G4 في الكروماتين المضغوط يحافظ على شغل المروج Pol II. أ تمثيل رسومي للتصميم التجريبي يدرس عواقب تثبيت G4 بواسطة pyPDS على ضغط الكروماتين وشغل Pol II. ب اختلافات إمكانية الوصول إلى الكروماتين لمروجي الجينات النشطة مع G4 (Pol II + G4 +) تحت نقص الأكسجة للخلايا المعالجة بـ DMSO أو pyPDS. اللوحة العلوية ، مؤامرة metagene لإشارة ATAC المتمركزة في TSS تُظهر فرق الإشارة بين خلايا نقص الأكسجين المُعالجة بـ DMSO و pyPDS. اللوحة السفلية ، البيانات المرسومة للمواقع الفردية وتمثلها مؤامرة خريطة الحرارة. ج يُظهر مخطط Venn المواقع التي فقدت شغل Pol II بين الخلايا السامة ونقص الأكسجة المعالجة بـ DMSO وتداخلها مع مواقع Pol II المفقودة في العلاج مع pyPDS في ظروف نقص الأكسجة مقارنةً بعلاج DMSO في الظروف السامة. يوضح هذا أن غالبية مواقع Pol II التي شوهدت منخفضة في نقص الأكسجة يتم الاحتفاظ بها بواسطة pyPDS. د على غرار لوحة ب ولكن لاختلافات الإشارة في الإشغال Pol II. ه عرض مستعرض الجينوم يعرض أمثلة على الجينات المشاركة في بيولوجيا الكروماتين (على سبيل المثال BRD4 و CBX1) التي تُظهر تغييرات في إمكانية الوصول إلى الكروماتين (ATAC-seq ، باللون الأخضر) و Pol II (Pol II ChIP-seq ، أسود) للخلايا في ظل ظروف طبيعية (أعلى) أو ناقصة التأكسج (وسط) أو ناقصة الأكسجة تعامل مع pyPDS (أسفل). الإحداثيات الجينومية موضحة أعلاه والإشارة كميا تعداد لكل مليون (CPM)


تعديلات هيستون والربو. واجهة المناظر الطبيعية الجينية والجينية

تتأثر أمراض الرئة المعقدة ، مثل الربو ، بالاستعداد الوراثي والمحفزات البيئية. يجذب المشهد اللاجيني لمثل هذه الأمراض اهتمامًا وبحثًا متزايدًا. يغطي علم التخلق على نطاق واسع التغييرات العابرة والوراثة للتعبير الجيني التي لا تكون مباشرة بسبب التغيرات في تسلسل النيوكليوتيدات. يمكن أن يكون لآليات الوراثة اللاجينية تأثير كبير على الحساسية والمناعة والمسارات التنظيمية المرتبطة بالربو ، وكذلك على توليد المؤشرات الحيوية والانتقال الوراثي للأنماط الظاهرية للربو. سمحت التطورات التكنولوجية الحديثة برسم خرائط الإبيجينوم وتحليل المساهمين اللاجينيين على مستوى الجينوم في المرض. نتيجة لذلك ، ظهرت ملاحظات رائدة فيما يتعلق بالتعديلات اللاحقة للترجمة هيستون في عدد من الأمراض المناعية. في هذه المراجعة ، ننظر إلى ما هو أبعد من المعلومات البيولوجية المشفرة بواسطة الحمض النووي ومراجعة التعديلات اللاجينية التي تم إجراؤها على الهيستونات ، مع وجود أدلة تشير إلى دور لتعديلها في الربو.

يتميز الربو بالتهاب مجرى الهواء وانسداد مجرى الهواء القابل للعكس ، مع تحديد وتأكيد العمليات الالتهابية المزمنة تدريجياً. تم وصف عدد من الأنماط الظاهرية السريرية والبيولوجية للربو وتم تحديد العديد من مسببات الربو المتنوعة (1). على الرغم من ذلك ، فإن الآلية المرضية للربو على المستويات الخلوية والجزيئية والجينية أقل وضوحًا. تم تكرار أهداف الجين الواحد بشكل سيئ في دراسات وراثية واسعة النطاق ، ومساهماتها في النقاط النهائية السريرية غير مؤكدة. هناك علاجات فعالة واستراتيجيات إدارة للربو الخفيف إلى المتوسط ​​، لكن لا يوجد علاج.

يتجلى التكرار الضعيف لأهداف الجين الفردي في العديد من دراسات الارتباط على نطاق الجينوم (2-5). تمثل هذه دراسات قوية مستقلة عن الفرضيات تحدد ثروة من تعدد الأشكال أحادي النوكليوتيدات (SNPs) المرتبطة بالربو ، مثل فرط استجابة الشعب الهوائية أو استقطاب T المساعد (Th) 2. تنشأ صعوبات في تكرار هذه التحليلات التي يمكن أن تعزى إلى عدم تجانس الربو والعدد الكبير من الأنماط الظاهرية التي لوحظت. يمكن تقييم الأنماط الظاهرية للربو من خلال مجموعة متنوعة من المتغيرات ، بما في ذلك عمر البداية (بداية الطفولة / البالغين) ، ونوع الزناد (حساسية ، وحساسية الأسبرين ، وميتابيسلفيت ، ودورة الحيض ، وممارسة الرياضة ، والهواء البارد ، وما إلى ذلك) ، ونوع التهاب مجرى الهواء (العدلات ، الحمضية ، أو قليلة الخلايا) ، نوع استجابة الخلايا التائية (Th2 أو Th17) ، والاستجابات المختلفة للعلاج. من المحتمل أن يكون لكل نمط ظاهري للربو بيولوجيا فريدة خاصة به ، وبالتالي فإن تحديد المؤشرات الحيوية والجينات المستهدفة غير متسق (1). تتضمن بعض الجينات المرشحة للربو المضاعف (ORM) (الخميرة) التي تشبه البروتين الإسوي 3 ، ومستقبل IL-4 ، ومستقبل IL-6 ، ومستقبل IL-33 ، ومستقبل IL-1 - مثل 1 ، ومجال ميتالوببتيداز ميتالوبروتينيز (ADAM) 33 ، وقمع الأورام 2 (2-5). على الرغم من أن هذه الملاحظات واعدة ، إلا أنها تفسر أقل من 5٪ من توارث الربو (6).

يتناقض هذا الارتباط الوراثي الضعيف مع معدل التوافق المرتفع للربو في دراسات التوائم أحادية الزيجوت (حوالي 70٪ من التوريث) (7). يشير هذا إلى أن عنصرًا موروثًا مهمًا من المرض لا يتم اكتشافه عن طريق فحص الطفرات الجينية ، مما يشير بدوره إلى دور العوامل الوراثية اللاجينية. تشير التفاعلات بين علم الوراثة وعلم التخلق والبيئة بقوة إلى أنه لن يكون هناك طفرة جينية واحدة مسببة. تعتبر الاستجابة المناعية للمنبهات البيئية أساسية للربو ، كما أن اكتساب نظرة ثاقبة لسبب الانحراف المناعي ودور الوراثة اللاجينية في الربو أمر بالغ الأهمية.

يغطي مصطلح "الوراثة اللاجينية" كلاً من التغييرات العابرة والموروثة للتعبير الجيني والتي لا تعود مباشرة إلى التغيرات في تسلسل النيوكليوتيدات. يمكن تمرير هذه التعديلات من خلال الانقسام الخلوي في كل من الانقسام الاختزالي والانقسام. الآليات الثلاث الرئيسية للتخلّق المتوالي هي: (1) مثيلة الحمض النووي (2) تفاعلات وأفعال الحمض النووي الريبي غير المشفر و (3) تعديل هيستون. يحدث مثيلة السيتوزين في الحمض النووي في المواقع الرئيسية ، مما يعيق آلية النسخ التي ترتبط بمحفز أو محسن الجين أو تعبر عن mRNA للجين المستهدف تمامًا. ينظم الحمض النووي الريبي غير المشفر التعبير الجيني على مستوى ما بعد النسخ. يتفاعلون مع mRNA بعدة طرق لتعديل التعبير الجيني. الشكل الثالث من علم التخلق يتضمن تعديلات هيستون بعد الترجمة (PTMs) التي تغير بنية البروتين لمجمعات هيستون أوكتامر داخل النواة دون تغيير تسلسل الحمض النووي (الشكل 1). هذا أمر أساسي للتركيب الكيميائي الحيوي وتنسيق إعادة تشكيل الكروماتين وإمكانية وصول الحمض النووي إلى آلات النسخ.

شكل 1. مركب هيستون أوكتامر وتعديلات هيستون المعروفة بعد الترجمة. يتكون مجمع الأوكتامر من الهستونات الأساسية H2A و H2B و H3 و H4 والحمض النووي ، والتي يتم لفها حول مركب هيستون أوكتامر والهيستون المرتبط به H1 ، مما يؤدي إلى استقرار بنية الكروماتين عالية المستوى. يتم عرض بعض المخلفات التي تخضع لتعديلات ما بعد الترجمة وتعديلات التنشيط / القمع المقبولة عمومًا. التعديلات المحددة لبقايا هيستون لها تأثيرات خاصة بالموقع على إمكانية وصول الجينات إلى آلات النسخ ، كما هو موضح بمزيد من التفصيل في الشكل 2. ك ، ليسين آر ، أرجينين تي ، ثريونين إس ، سيرين واي ، تيروسين. السداسياتمثيلة مثلثات، أستلة مربعات، الفسفرة لون أخضرتفعيل التعديل أحمر، تعطيل التعديل البرتقالي، تعديل عبر الحديث.

كان بعض تعقيد علم التخلق هو PTMs القابلة للانعكاس والوراثة جزئيًا والتي يمكن التحكم فيها والتحكم فيها بواسطة الجينوم (8 ، 9). لا تتمتع تعديلات هيستون بنفس الدقة خلال انقسام الخلية مثل مثيلة الحمض النووي ، مع إعادة إنشاء بعض التعديلات إلى مستويات مماثلة بعد المرحلة S ، والبعض الآخر ليس كذلك (10). قد يحدث هذا بشكل خاص حيث تعتمد تعديلات هيستون على الإنزيمات المشفرة وراثيًا لتنظيم بنية الهيستون في جميع أنحاء الانقسام الاختزالي والانقسام. على النقيض من هذا التعميم ، يتم الإبلاغ عن تراي ميثيل (me3) ليسين 27 في هيستون 3 (H3K27me3) في الخلايا الجرثومية التي تظهر الميراث الخاص بالموقع من خلال عدة جولات انتصافية من النسخ المتماثل ، في غياب هيستون ميثيل ترانسفيراز المصاحب في أنواع معينة انيقة (11). لم يتم ملاحظة هذا النوع من الذاكرة اللاجينية بعد في البشر ، ولا تزال الآلية غير واضحة ، ومع ذلك ، قد يكون ذلك بسبب التكرار الجيني لتعديلات الهيستون.

على الرغم من أن تعديلات هيستون نفسها هي تعديلات جينية ، فقد ثبت أن تباين تسلسل الحمض النووي يؤثر على حالات الكروماتين. حلل كاسوسكي وزملاؤه (12) التباين في حالات الكروماتين بين 19 فردًا عن طريق رسم خرائط لتعديلات الهيستون في خطوط الخلايا الأرومية اللمفاوية المشتقة من المريض باستخدام الترسيب المناعي للكروماتين والتسلسل عالي الإنتاجية. أظهروا أن منظر الكروماتين كان أكثر تغيرًا في مناطق المحسن والمحفز وأن هذا الاختلاف كان وراثيًا ، ونسبوه إلى تعدد الأشكال في مواقع ربط عامل النسخ. تقدم دراستان أخريان أخريان أيضًا دليلًا على ذلك ، مما يدل على أن حالات الكروماتين خاصة بأليل وتتأثر بالآلية التنظيمية ، على وجه الخصوص ، ارتباط عامل النسخ (9 ، 13).

قدمت التطورات التكنولوجية في التحليل اللاجيني (14) أدوات حيوية لدراسة وراثة تعديلات الهيستون وتأثيراتها في الربو. في الرحم وقد ثبت أن المكملات الغذائية الغنية بالمتبرعين بالميثيل تزيد من سمات مرض مجرى الهواء التحسسي في نموذج فأر عبر جيلين عن طريق مثيلة الحمض النووي (15). تنعكس هذه الملاحظة بشكل مشابه في البشر ، حيث نرى زيادة خطر الإصابة بالربو في أحفاد مدخني الأب ، وخطر أكبر عندما تتعرض الأم أيضًا لدخان السجائر أثناء الحمل (16). يمكن أن يُعزى هذا الخلل في الميراث الأبوي إلى البصمة الجينية (17) ، وهي عملية إسكات الجين الخاص بالوالدين من أصل معين حيث يلعب مثيلة الهيستون دورًا إرشاديًا عن طريق وضع علامات على مناطق التحكم في البصمة لمثيلة الحمض النووي اللاحقة (18). نظرًا لأن الإنزيمات التي تعدل الهيستونات يمكن أن تخضع لطفرات جينية مكتسبة بالإضافة إلى المحفزات البيئية ، فإن هيستون PTMs لا تتوافق تمامًا مع التعريف الكلاسيكي لعلم التخلق بدلاً من ذلك ، فهي جسر بين المناظر الطبيعية الجينية والتخلقية.

هيكل الكروماتين ليس سقالة خاملة لتعبئة المعلومات الجينومية ، بل هو خريطة جينوم سائلة وغنية بالمعلومات لإمكانات النسخ الخاصة بالخلية. يمكن أن يتغير نتيجة لمحفزات داخلية أو خارجية ، أو كمساهم أو استجابة لقرارات مصير الخلية أثناء تمايز الخلية. من الأمور المركزية للتحكم في الكروماتين إنزيمات تعديل هيستون المتخصصة التي يمكنها إزالة أو تعديل أو إضافة تعديلات إلى وحدات هيستون كيميائياً.

تتكون النواة ، الوحدة الأساسية للكروماتين ، من حوالي 142 زوجًا أساسيًا (bp) من الحمض النووي ملفوفًا حول مركب هيستون أوكتامر. يتكون هذا المركب من مجموعتين من الوحدات الفرعية لمركب هيستون الأساسي ، H2A و H2B ، و H3 و H4 ، جنبًا إلى جنب مع بروتين هيستون H1 المرتبط بالحمض النووي (الشكل 1). إن الحمض النووي الملتصق بشدة بسقالة البروتين محمي من آلات النسخ وإنزيمات PTM ، نظرًا لطبيعته المدمجة. يحمي هذا أيضًا الحمض النووي من التعديلات اللاجينية الأخرى ، مثل مثيلة الحمض النووي (19). أنتجت دراسات هضم DNase I الأنيقة في عام 1980 لمستخلصات الحمض النووي الكامل المنقى نطاقات حوالي 142 نقطة أساس ، مما يشير إلى أن هذه المنطقة محمية من النشاط الأنزيمي (20). على هذا النحو ، فإن بنية الكروماتين حول الجين قادرة على المرافقة متى وأين يتم نسخ تسلسل الحمض النووي هذا والتعبير عنه. لذلك يتأثر التعبير الجيني بعدد لا يحصى من العوامل ، بما في ذلك عوامل النسخ ، والمحفزات الخارجية ، وإعادة تشكيل الكروماتين هيستون PTM.

تحدث تعديلات هيستون على ذيول N- الطرفية لكل هيستون داخل الأوكتامر (الشكل 1). يمكن تعديل جميع البقايا "الأساسية" ، ومع ذلك ، هناك بقايا ليسين وسيرين وأرجينين وتيروزين وثريونين الرئيسية التي تكون أهدافًا للتعديل ، وبالتالي تغيير بنية هيستون المعقدة لصالح أو قمع نشاط الجين المحلي. يمكن أن يشمل ذلك الميثيل (أنا) ، أو الأسيتيل (ac) ، أو الفسفرة ، أو التواجد في كل مكان ، أو الجمع ، وكلها تنظمها إنزيمات محددة (21). يمكن أن يكون لتعديلات هيستون (على وجه الخصوص ، ميثيلات ليسين على هيستون 3) وظائف تنشيطية وقمعية على التعبير الجيني (الشكل 2). يمكن أن تعمل تعديلات هيستون أيضًا كإشارات تتعرف عليها عوامل النسخ والعوامل المساعدة التي تنظم التعبير الجيني (21).

الشكل 2. كود هيستون لبعض بقايا اللايسين الرئيسية على هيستون H3. (أ) كود هيستون العام. ترتبط التعديلات الخاصة بالمخلفات بالتعبير الجيني النشط أو المكبوت. درجة ونوع التعديل الذي تم إجراؤه في كل بقايا (ليسين 4 و 9 و 14 و 20 و 27 و 36 و 79 من هيستون H3 التي يمثلها دوائر زرقاء) لها تأثيرات مختلفة على التعبير الجيني (على سبيل المثال ، monomethylation [me1] ، dimethylation [me2] ، trimethylation [me3] ، و acetylation [ac]). بالإضافة إلى التأثير الفردي لهذه التعديلات ، يتم تحديد موقع كل من ليسين -4 على تعديلات هيستون -3 (H3K4me3 نشط) و H3K27me3 (قمعية) والتي ، عند العثور عليها في مناطق المروج ، تؤدي إلى حالة ثنائية التكافؤ يكون فيها التعبير الجيني موازناً للتفعيل. (ب) التأثير الخاص بالموقع لبعض تعديلات هيستون. موقع التعديل في سياق الجين مهم. على سبيل المثال ، غالبًا ما يتم العثور على H3K4me3 فقط في منطقة المروج للمناطق التي تم نسخها بنشاط ، بينما تم العثور على مثيلة H3K36 عبر الجين النشط نسبيًا في منطقة الترميز باتجاه النهاية 3 (23).تمثل هذه الأرقام الأساسية فقط بعض التعديلات المعروفة التي تم إجراؤها على بقايا ليسين من هيستون H3. هناك العديد من التعديلات التي يمكن إجراؤها على هذه المخلفات وغيرها على الهستونات داخل مجمع الأوكتامر.

درجة التعديل في كل بقايا هيستون ومجموعة التعديلات وموقعها يمكن أن يكون لها تأثيرات مختلفة بشكل ملحوظ على التعبير الجيني وهيكل هيستون. ينطبق هذا على أنواع الخلايا المختلفة ، مما يشير إلى إمكانية إعادة البرمجة المظهرية. على سبيل المثال ، تم العثور على me3 من هيستون -3 ليسين -4 (H3K4) عبر مناطق مروج عالية التخصيب 1 كيلو بايت في مواقع بدء النسخ من الجينات النشطة ، في حين أن ثنائي الميثيل (me2) أو monomethylation (me1) من نفس بقايا ليسين لوحظ بشكل أكبر داخل مناطق الترميز للجينات المنسوخة بنشاط (22 ، 23). يمكن أيضًا أن تحدد التعديلات الموجودة مسبقًا داخل نفس octamer هيستون ما يتم تحديده بشكل إضافي (رابطة الدول المستقلة) والمجاورة (عبر) قد تحدث تعديلات ، ويمكن أن يكون هذا خاصًا بالخلية. على سبيل المثال ، يمكن أن يتعايش H3K9me و H3K14ac على نفس الجزيء داخل الخلايا البشرية ، بينما في كريات الدم الحمراء في الدجاج ، فإنهما متنافيان (21).

هناك العديد من الإنزيمات التي تنظم هيستون PTMs والتي يتم حفظها إلى حد كبير عبر حقيقيات النوى. يتأثر تعبيرهم بالعوامل الوراثية والبيئية. على سبيل المثال ، يحفز دخان السجائر التعبير الجيني عن إنزيم demethylase الخاص بـ H3K27me3: ليسين (K) - محدد ميثيلاز (KDM) 6A (24). يعمل هذا الإنزيم من خلال مجال بروتين جومونجي الوظيفي الخاص به ، والذي يتميز بعائلة كبيرة من ديميثيلاز هيستون القادرة على إزالة بقايا ليسين ثلاثي الميثيل من الهيستونات (24). يؤدي التنظيم الأعلى لهذا الإنزيم إلى إزالة مواقع المثيلة القمعية وتنشيط الجينات المرتبطة بتطور دورة الخلية من خلال مسار الورم الأرومي الشبكي في خطوط خلايا سرطان الكلى (24 ، 25). وبالمثل ، فإن استنشاق الدخان السلبي عند الأطفال المصابين بالربو الحاد يقلل بشكل كبير من التعبير الجيني عن هيستون ديستيلاز (HDAC) 2 (26) في الضامة السنخية. يمكن لـ HDAC2 نزع الأسيتيل من تعديلات الأسيتيل المتعددة عبر بقايا ليسين على هيستون 3 وهيستون 4 (26). يُعد HDAC2 متورطًا في الفيزيولوجيا المرضية لمرض الانسداد الرئوي المزمن ، حيث يحدث تقليله ثانويًا لزيادة الإجهاد التأكسدي والنتراتي في الرئتين. يتم تنظيمه بواسطة الكورتيكوستيرويدات ، وبالتالي قمع التعبير الجيني الالتهابي وتقليل تلف الرئة (27). الإمكانات العلاجية لجينات تعديل الهيستون لها أساس قوي من الأدلة ، وخاصة HDAC2 في الربو. استهدفت القليل من التجارب السريرية HDAC محددًا ، وبدلاً من ذلك ، تستخدم مثبطات واسعة النطاق ، مثل trichostatin A وحمض الفالبرويك ، مما قد يؤدي إلى تأثيرات غير مستهدفة ويوفر فهمًا ضعيفًا لإجراءات مثبطات HDAC (28).

بالإضافة إلى المحفزات البيئية ، قد تؤثر التأثيرات الجينية على هيستون PTMs ، مع حدوث طفرات في الإنزيمات المعدلة للهيستون وبروتينات المرافقة ، مما يؤدي إلى تغيير توزيع أنماط مثيلة الهيستون. حدد اتحاد GABRIEL (دراسة متعددة التخصصات لتحديد الأسباب الجينية والبيئية للربو في المجتمع الأوروبي) دراسة الارتباط على مستوى الجينوم للأشخاص المصابين بالربو تحديد تعدد الأشكال الهامة (SNPs) (ص ≤ 0.01) ضمن إنزيمات تعديل هيستون ، KDM2A ، KDM4C ، HDAC4 ، HDAC7 ، HDAC9 (29). لا يزال يتعين تحليل التأثير الوظيفي لهذه النيوكلوتايد المرصودة ، وبسبب عدم تجانس الربو ، فإن التحليل الدقيق لأنماط ظاهرية محددة قد يكشف عن مزيد من تعدد الأشكال ذات الصلة. يحفز التعطيل التحفيزي للطفرات في هيستون ميثيل ترانسفيراز ، محسن zeste homolog 2 (Ezh2) على وجه التحديد لدونة الخلايا التائية ويفضل النمط الظاهري Th2 ، مع زيادة في تعميم IgE (30) (الشكل 2). تمتلك EZH2 مجال SET شديد الحفظ ، مما يمكنها من تريميثيلات H3K27. يؤدي حذف مجال SET في خلايا CD4 + T إلى زيادة شدة المرض في نموذج حيواني مصاب بالربو التحسسي يتزامن مع تراكم خلايا الذاكرة Th2 (30). كما تم استكشاف طفرات فقدان الوظيفة في إنزيم بروتين تشابيرون المعدل للهيستون ، وهو مثبط للتنوع 3-9 متماثل 1 (SUV39H1). تؤدي طفرات SUV39H1 إلى منتج غير نشط تحفيزيًا غير قادر على استهداف مجموعة فرعية من المواقع الجينية من النوع Th1 لإسكات الصوت. يوفر الدور الطبيعي لهذا الجين موقع الارتباط لبروتين heterochromatin 1a ، وهو وسيط لإسكات الجين عبر التفاعل مع إنزيمات تعديل الهيستون المختلفة (30). بدون المرافقة SUV39H1 ، فإن وسيط الجينات هذا غير قادر على ضمان سلالة Th2 مستقرة في الخلايا التي تحتوي على هذه الطفرات المعطلة (31).

على الرغم من أن معظم إنزيمات تعديل الهيستون خاصة بالبقايا التي تستهدفها ، إلا أن بعضها قلل من الإخلاص لبروتينات الهيستون ويمكنه أيضًا تعديل البروتينات غير الهيستون. تتضمن الأمثلة عددًا من هيستون أسيتيل ترانسفيرازات و ديستيلاسز (32) ، و هيستون ميثيل ترانسفيرازاس ، مثل مجال SET الذي يحتوي على 7 (SETD7) (33). SETD7 monomethylates H3K4 (H3K4me1) ، وهو تعديل منشط ، ولكن يحتوي أيضًا على ركائز متعددة من nonhistone ذات صلة بأمراض الربو ، بما في ذلك: محول الإشارة ومنشط النسخ 3 (STAT3) (34) ، بروتين الورم p53 (35) ، مستقبلات هرمون الاستروجين- α ( 36) ، و DNA methyltransferase 1 (37) ، وعامل نسخ E2F 1 (38) ، والوحدة الفرعية p65 / RelA للعامل النووي- B (NF-κB) (39). ومن المثير للاهتمام ، أن مثيلة SETD7 لبقايا اللايسين K140 على STAT3 يغير عامل النسخ هذا الذي يعد جزءًا من مثبط إشارات السيتوكين الخاضع للتنظيم STAT3 (SOCS3) ، والذي تم تحديده على أنه محرك للربو (40). تعمل السيتوكينات المرتبطة بالربو ، مثل IL-6 ، على تعزيز هذه المثيلة غير الهيستونية ، مما يؤدي إلى تفكك STAT3 من مروج SOCS3 وزيادة تعبير SOCS3 (الشكل 3). بهذه الطريقة ، يسمح SETD7 بحدوث الجسور اللاجينية والجينية ، وهو أمر حاسم في الحفاظ على استجابة خلوية طبيعية للسيتوكينات (34).

الشكل 3. SET الذي يحتوي على المجال (SETD) 7 نزع ميثيل البروتينات غير الهيستونية هو منظم سلبي للاستجابة المناعية من النوع T المساعد (Th) 2. يؤدي تحفيز IL-6 إلى فسفرة محول الإشارة ومنشط النسخ (STAT) 3 في مخلفات Y705 و S727 ، مما يؤدي إلى إضعافه وربطه بقمع STAT3 المنظم لإشارات السيتوكين (SOCS3). هذا ينشط نسخ جين SOCS3 المعروف أنه مرتبط باستجابة مبالغ فيها من النوع Th2 في الربو. الارتباط المتزامن لـ SETD7 dimethylates STAT3 عند K140. تعد مثيلة اللايسين لـ STAT3 المرتبط بالمروج حدثًا تنظيميًا سلبيًا. إنه يعيق قدرة STAT3 على تنشيط SOCS3 استجابة لـ IL-6 وبالتالي يؤدي إلى تنظيم سلبي مهم بيولوجيًا لاستجابة Th2. م ، مثيلة ف ، فسفرة.

من المعروف أن عددًا من تعديلات الهيستون تلعب أدوارًا أساسية في السرطانات (41) وفي الأمراض العصبية (42) وأمراض المناعة الذاتية (43 ، 44) ، وفي توجيه التطور الخلوي (45). ما هو أقل فهمًا في هذه الأمراض ، كما هو الحال في الربو ، هو التأثير التراكمي لجميع تعديلات الهيستون. بذلت الجهود التعاونية بين المعاهد الوطنية لاتحاد خارطة الطريق الصحية (46) وموسوعة عناصر الحمض النووي (ENCODE) جهودًا حديثة لإنتاج موارد مجموعة بيانات غنية لمعالجة هذا القلق ودرء التناقضات في البيانات من خلال توفير بروتوكولات محسّنة. نظام تنظيم هيستون ليس بسيطًا مثل التنشيط مقابل القمع. على الرغم من أن فرط الأستلة وميثيل الهيبوميثيل ، في معظم الأحيان ، يفضلان الكروماتين النشط نسبيًا والعكس بالنسبة للكروماتين غير النشط نسبيًا ، إلا أن هذا ليس دائمًا كذلك. ما يزيد من تعقيد دور تعديلات هيستون هو مجموعات من كولوكاليزيد (رابطة الدول المستقلة) هيستون PTMs على نفس هيستون ، المجاورة (عبر) هيستونات داخل نفس النواة ، والتعديلات الإقليمية بين النيوكليوسومات على طول حبلا الكروماتين التي يمكن أن تنتج إشارات معقدة وتتقاطع مع إعادة تشكيل الكروماتين المباشر. إن الجمع بين مجموعة من التعديلات أحادية وثنائية وثلاثية التي يمكن أن تكون على بقايا متعددة عبر مشهد الكروماتين يضيف إلى تعقيدات ما ظهر كـ "كود هيستون" (الشكل 2) (47). هناك جدل حول هذا المصطلح ، لأنه ليس مؤشرا دقيقا للنتائج ، كما هو الحال مع الشفرة الجينية. على سبيل المثال ، يُظهر التوحيد بين H3K4me3 و H3K27me3 ميزات تنشيطية وقمعية ، مما ينتج حالة كروماتين ثنائية التكافؤ حيث تكون الجينات مهيأة للتنشيط السريع. يلعب هذا دورًا مهمًا في التنمية والتمايز (48). يمكن أن يمنع وجود تعديل موجود مسبقًا تعديل المخلفات الأخرى ، ومع ذلك ، فإن النطاق الكامل للتفاعل بين التعديلات غير معروف. تتم مراجعة مراجعة شاملة للتنظيم المتبادل لتعديلات هيستون في تكوين كود هيستون في مكان آخر (21).

هناك بحث مستمر في الآليات التي يقوم عليها التنظيم اللاجيني للتعبير الجيني ، بما في ذلك التحقيق في ذيل هيستون PTM وتأثيره على إعادة تشكيل الكروماتين والتعبير الجيني. تم وصف الإنزيمات المعدلة للهيستون التي تنظم PTMs عبر الجينوم بأنها "المنظمون للقرارات التنموية والدوافع المسببة للأمراض البشرية" (45). على الرغم من أن PTMs هيستون لا تعدل تسلسل النوكليوتيدات ، إلا أن الطفرات المتسلسلة في الإنزيمات النشطة يمكن أن تؤثر على كيفية حدوث تعديل في التعبير الجيني وماذا وأين ومتى يحدث. يتطلب تقييم طفرات إنزيم هيستون PTM في المرض الانتباه إلى التفاعل بين الطفرات الجينية للإنزيم ، والكروماتين والتعبير الجيني ، والتأثير اللاحق المصب على مسارات المرض.

يتميز الربو تقليديًا بتنشيط منحرف لخلايا CD4 + T الساذجة للتمايز إلى مجموعات فرعية تسببت في المرض. تفرز المجموعات الفرعية لسلالة الخلايا Th ، Th2 و Th17 ، السيتوكينات المتميزة عن الخلايا التنظيمية Th1 أو T (Treg). تنظم الآليات اللاجينية (مثل تعديل هيستون) الخلايا المتغصنة التي تقدم المستضد (DC) (49-51) ، والتزام النسب الخلوي للخلايا التائية (22 ، 30 ، 31 ، 52-54) (الجدول 1 ، الشكل 4). يتناقض تعديل H3K4me3 المنشط مع H3K27me3 ، وهو موقع مثيلة قمعي يشارك في إسكات الجينات بدلاً من التعبير الجيني (25 ، 55). تؤثر التعديلات في هذه المواقع على تمايز ووظيفة البلدان النامية المشتقة من الخلية الوحيدة في كل من إعدادات الورم والالتهاب (49). يمكن أن تتمايز البلدان النامية إلى حالات مفعلة أو متسامحة وتخضع لعملية معقدة من النضج والهجرة إلى العقد الليمفاوية الإقليمية لتنشيط الخلايا التائية الساذجة المقيمة للاستجابة للمستضد (52). يميز موقعا H3K4me3 و H3K27me3 التعبير الجيني للـ DCs المشتقة من الخلايا أحادية الخلية في ظل ظروف التهابية أثناء انتقالها من الخلايا غير الناضجة إلى خلايا تقديم المستضد الناضجة (الشكل 4). ينتج عن تحديد موقع كل من هذه المضادات الحيوية ثنائية التكافؤ هيستون حالة ثنائية التكافؤ مع تنظيم ديناميكي لجزيئات تكلفة DC الرئيسية ، CD14 ، CD83 ، و CD86 ، بالإضافة إلى مستضد كريات الدم البيضاء البشرية (HLA) -DRB1 ، وعوامل النسخ لعائلة NF-B والسيتوكينات الأخرى والكيموكينات ومستقبلاتها. تحدد هذه المنتجات الجينية قدرة DC على الاستجابة بشكل مناسب والتفاعل مع جزيئات التكلفة الحاسمة للتواصل مع الخلايا التائية والتسبب في الربو. عندما يتم تنشيط DCs بواسطة LPS أو التسامح عن طريق تحويل عامل النمو (إحداث استجابة Th2 أو Treg) ، يقع H3K27me3 و H3K4me3 بشكل مختلف حول هذه الجينات المهمة ، مما قد يحدد الحالة الالتهابية (49).

الجدول 1. دراسات لتعديلات الهيستون المرتبطة بالربو وأمراض الخلايا التغصنية

تعريف الاختصارات: CXCR4، chemokine (CXC motif) ligand 4 DC، dendritic cell Ezh، محسن zeste homolog GM-CSF، الخلايا المحببة / مستعمرة البلاعم - عامل محفز H3K، هيستون -3 – ليسين HDAC، هيستون ديسيتيلاز KDM6A، ديميثيلاز ليسين 6A محدد ، رابط لتنشيط الخلايا التائية ORMDL3 ، بروتين أوروسوموكويد 1 يشبه البروتين 3 PBMC ، خلايا الدم وحيدة النواة المحيطية PTM ، تعديل ما بعد الترجمة Sirt1 ، sirtuin 1 SUV39H1 ، مثبط التباين 3-9 متماثل Th ، مساعد T.

الشكل 4. الأدوار الموثقة لتعديلات الهيستون والربو ، كما تمت مراجعتها في هذه المقالة ، من كل من الدراسات البشرية والفئران. نظرًا لطبيعة ذيل هيستون 3 البارز ، يمكن تعديله بسهولة ، وبالتالي ، يسهل دراسته. يوضح هذا الشكل بعضًا من معرفتنا الحالية بأدوار هذه الإنزيمات والمخلفات الموجودة على H3 والتي تعدلها في أمراض الربو. السهام الخضراء تشير إلى التحفيز ، في حين خطوط حمراء تنتهي بشريط تشير إلى التنظيم السلبي. عدد من التعديلات هيستون (ارى النص الرئيسي للشرح التفصيلي) قادرة على التأثير على تنشيط الخلايا التغصنية وتعزيز تطور وتسلل الخلايا المناعية Th2 و Th17 ، وهي خاصية مميزة لالتهاب الربو. تنتج خلايا Th2 IL-4 و IL-5 IL-9 و IL-13 ، مما يؤدي إلى تجنيد الحمضات ، وتبديل IgE في الخلايا البائية ، وفرط إفراز المخاط ، وإعادة تشكيل جدار مجرى الهواء. تتحلل الخلايا البدينة التي يتم تنشيطها بواسطة IgE ، مما يؤدي إلى إطلاق المزيد من IL-5 والوسيطات الأخرى المسببة للالتهاب ، مما يؤدي إلى تسلل إضافي للحمضات والخلايا المناعية الأخرى ، مما يساهم في التهاب مجرى الهواء. تنتج خلايا Th17 الإنترلوكين 17 ، والذي يبدو أنه مرتبط بشكل خاص بتسلل العدلات وإعادة تشكيل الأنسجة ، والتي تميز الربو الحاد. Ezh ، مُحسِّن لـ zeste homolog HDAC ، هيستون deacetylase Sirt1 ، sirtuin 1 SUV39H1 ، مثبط التباين 3-9 متماثل.

تؤثر الأنواع الفرعية من الخلايا التائية على الاستجابات المناعية في الربو حيث يمكن تحسين استجابة Th2 أو Th17 (1). تتمتع الأنماط الظاهرية للخلايا Th2 بنفس القدر من اللدونة مع وجود مجموعة واحدة تنتج IL-5 ، وواحدة لا تنتجها. IL-5 له أدوار في تنشيط الخلايا البائية وفي انتشار الحمضات وتمايزها (56) ، ويتم استهدافه حاليًا لعلاج الربو. يرتبط اختيار خلايا Th2 ذات تعبير IL-5 المختلف بالاختلافات في H3K4me3 النشط والقمع H3K27me3 هيستون PTMs التي تتجمع حول مروج الجينات IL-5 (57). ساعد تعيين المواقع المختلفة لهذه المواقع في الفئران بين Th1 و Th2 و Th17 ومكالمات Treg المستحثة وخلايا Treg الطبيعية في تحديد كيف يمكن لهذه التعديلات ثنائية التكافؤ أن تعمل على موازنة الجينات التنموية للتنشيط أو القمع أثناء تمايز الخلايا ، مع ملاحظة بعض الأنماط الفريدة (الشكل) 4) (54).

تعد تعديلات الهيستون العديدة والإنزيمات المرتبطة بها ذات صلة بوظيفة DC وتوعية الخلايا التائية والاستجابة لها. أستيل هيستون هو تعديل منشط ، وقد تم استهداف إنزيمات نزع الهستون لتثبيط أو تعديل سلوك التيار المستمر من خلال تنظيم المكونات النهائية لمسارات الإشارة ، مثل NF- B (50). أحد هذه الإنزيمات هو sirtuin 1 (Sirt1) ، وهو عبارة عن هيستون ديسيتيلز يظهر كمنظم التهابي مهم في كل من مناعة الخلايا التائية الربو وتنشيط البلاعم ، ومؤخرًا في تنشيط الخلايا التائية الموجهة بالتيار المستمر (الشكل 4). يقوم Sirt1 ببرامج DC لتقديم المستضد وتنظيم تمايز الخلايا التائية لصالح مسار Th17 أثناء الالتهاب (51). يحاكي تثبيط Sirt1 في نموذج الفأر الاستجابة الالتهابية للربو (58). بالإضافة إلى ذلك ، فإن تعزيز التعبير الجيني لـ Sirt1 مع منشط محدد (SRT1720) يثبط الالتهاب (59) مع الحمضات وتقليل السيتوكين الالتهابي في السائل القصبي السنخي (60).

يتمثل الموضوع الموحد لـ هيستون PTMs في حالات المرض في تأثيرها على اللدونة المظهرية للخلايا ، وقدرتها على الاستجابة بشكل مناسب للمنبهات الخارجية أو الداخلية. تُظهر دراسات أستلة الهيستون التي تؤثر على مقاومة الكورتيكوستيرويد في الأشخاص المصابين بالربو الشديد وجود علاقة مباشرة بين نشاط HDAC ، المعروف بالمشاركة في تنظيم إنتاج السيتوكينات Th1 و Th2 (61) ، وحساسية الستيرويد (62). في بعض الأشخاص المصابين بالربو الحاد ، تفقد خلايا الدم أحادية النواة اللدونة المظهرية ، وتفشل في الاستجابة بشكل مناسب للكورتيكوستيرويدات وتقليل أعراض الربو وتفاقمه. هذا الفشل في الاستجابة للكورتيكوستيرويدات المستنشقة يأتي بعد عامل تحفيز الخلية المحببة / مستعمرة الضامة الشاذة وإطلاق السيتوكين الالتهابي IFN-، ويرجع ذلك جزئيًا إلى عيوب في إنزيمات تعديل الهيستون التي تسبب خللًا في ديستيلاز وأسيتيل ترانسفيراز (62).

نسبة هيستون ديستيلاز و هيستون أسيتيل ترانسفيراز تتناسب مع شدة و شدة استجابة الشعب الهوائية عند الأطفال المصابين بالربو التأتبي. في هؤلاء المرضى ، هناك انخفاض كبير في HDAC وزيادة في نشاط هيستون أسيتيل ترانسفيراز (63). ينعكس هذا الانخفاض في تعبير / نشاط HDAC أيضًا في البالغين المصابين بالربو الشديد ، ولكن ليس خفيفًا (62). قد تكون إعادة موازنة الأستلة بالنسبة إلى نزع الأسيتيل مفيدة ، ولكن يظل من الممكن أن تكون حالة أستيل هيستون ناتجة عن فرط استجابة الشعب الهوائية وليس سببها. يُعزى نشاط HDAC أيضًا إلى مقاومة الخلايا الليفية الرئوية لأمراض الرئة الليفية الأبوطوزية ، مثل التليف الرئوي الخلالي ومرض الانسداد الرئوي المزمن والربو.

يعتمد تأثير التعديلات اللاجينية على الربو على نوع الخلية. على سبيل المثال ، إذا حدثت تعديلات في خلايا CD8 + ، وهي خلايا طويلة العمر ، فمن المحتمل أن تؤثر على النمط الظاهري للربو أكثر من الخلايا التي لها فترة نصف عمر قصيرة. لقد ثبت أن تعديلات هيستون تلعب دورًا مهمًا في تمايز خلايا CD4 + و CD8 + (30 ، 64) ، وتشكيل ملفات تعريف النسخ لهذه الخلايا وبالتالي التأثير على الوظيفة (65). وقد ثبت أيضًا أن آليات الوراثة اللاجينية تؤثر على تمايز DC ووظيفته ، حيث أظهرت إحدى الدراسات أن الفسفوليبيدات المؤكسدة التي تتولد أثناء التفاعلات الالتهابية تحرر تمايز DC (66). توضح هذه الأمثلة أهمية التمييز بين نوع الخلية عند دراسة التعديلات اللاجينية.

يمكن أن تكون هيستون PTMs منتجًا أو مساهمًا في العوامل الوراثية والبيئية المرتبطة بالربو. هناك اتفاق متزايد على أن تعديلات الهيستون أساسية للاستجابات المناعية في الربو ، لكن دور ووظائف تعديلات الهيستون بعيدة عن الفهم ، وستستفيد من مزيد من الدراسات في نماذج الربو ، حيث تم تجميع معظم معرفتنا حتى الآن من أبحاث السرطان. . هناك حاجة إلى دراسات تدمج البيانات حول الوظائف الخلوية العالمية ، وتعديلات هيستون ، وربط عامل النسخ ، والتغييرات الناتجة في التعبير الجيني. من الضروري أيضًا أن تستند الأبحاث الإضافية إلى دقة نمطية أكبر وبيانات أفضل عن تأثير العوامل البيئية. سيكشف التقسيم الطبقي الصارم إلى مجموعات النمط الظاهري ، السريرية والجزيئية ، عن الآليات الدقيقة لأمراض الربو ، وسيوفر استكشاف الظروف البيئية والتحفيزية ، وتسلسل الحمض النووي المحيط ، والإنزيمات المعنية رؤية أفضل للدوافع البيئية والمسارات الجزيئية المعنية. بشكل جماعي ، يجب أن يؤدي هذا إلى اكتشاف أهداف علاجية للتدخل.

على المستوى الخلوي ، لكي تكون هيستون PTM هدفًا علاجيًا قابلاً للتطبيق ، هناك حاجة لدراسات مفصلة لتوصيف PTMs الخاصة بأنواع الخلايا الربو ، لا سيما في الاستجابة لمحفزات الربو ولتحديد التزام سلالة الخلايا اللاحقة. يجب أيضًا استكشاف دور رموز هيستون في التمايز الخلوي وبيولوجيا الخلايا الجذعية ، مع التركيز بشكل خاص على تمايز الخلايا الجذعية ، DC ، الحمضات ، الخلايا T و B ، الخلايا الظهارية في مجرى الهواء ، وأنواع الخلايا الرئيسية الأخرى المشاركة في الربو . يجب مراعاة فترات نصف عمر الخلايا ، حيث لا تزال دقة تعديلات الهيستون المكتسبة من خلال الانقسام الخلوي غير مفهومة جيدًا. يجب تحليل الخلايا السلفية ، مثل الخلايا النخاعية في نخاع العظم التي تتمايز إلى الحمضات ، والعدلات ، والخلايا الأحادية ، والضامة ، و DC ، وكذلك الخلايا الجذعية للرئة ، من خلال التمايز لاكتشاف التغييرات التدريجية في منظر الهيستون. التعديلات التي يمكن أن تسهم في أمراض الربو.

تاريخيًا ، ركزت أبحاث الربو على منتجات الجين الفردي ومساهمتها في التسبب في المرض ، في حين أن هيستون PTMs وتأثيرها النهائي على عدد لا يحصى من الجينات يمكن أن تولد العديد من الملاحظات الموصوفة في الربو. سمحت التطورات في التكنولوجيا بتطبيق ميكروأري ومنصات التسلسل من الجيل التالي لتحليل وتصور التعديلات على مستوى الجينوم وتأثيراتها على التعبير الجيني (14). يجب أن تركز الدراسات المستقبلية حول تعديلات هيستون في الربو على تطوير فهم أعمق لرمز هيستون من خلال تعيين التفاعلات المعقدة وكشف الآليات الجزيئية. تم تحسين الأساليب التحليلية المستخدمة حاليًا ، مثل الترسيب المناعي للكروماتين والتسلسل عالي الإنتاجية ، للعمل على مجموعات الخلايا من 5000 إلى 10000 ، ومع ذلك ، فإن طرق التصوير الخاصة بالخلايا الحية والمحددة في موضع التطوير ، مثل الكروماتين في الجسم الحي المقايسات ، تطرح فرصًا مثيرة لمستقبل التحليل أحادي الخلية (67 ، 68).

يعد دور تعديلات الهيستون في الربو الحاد وكيفية تأثيرها على الاستجابة العلاجية وسيلة بحثية مهمة أخرى ، لا سيما أن هؤلاء المرضى يعانون من مراضة كبيرة نتيجة لاستجابتهم الضعيفة للعلاجات التقليدية ، مثل الكورتيكوستيرويدات. أخيرًا ، ستضيف الدراسات التي تبحث في دور الإنزيمات المعدلة للهيستون في مسارات الإشارات الأخرى ، والتحدث المتبادل بين التعديلات المختلفة ، وعلاقتها بعوامل النسخ ، ودور البصمة الجينية إلى فهمنا للآليات التي ينطوي عليها التسبب في مرض الربو و شدة الربو ، والتي بدورها ينبغي أن تؤدي إلى علاجات أكثر فعالية.

هيستون PTMs هي آليات جينية قادرة على تنظيم المكونات الجينية المهمة للربو من خلال نظام معقد من الكلام المتبادل ، والإشارات ، وإعادة تشكيل الكروماتين. يكون لـ هيستون PTMs والإنزيمات المرتبطة بها تأثير كبير على استجابات الخلايا التائية ، ونضج العاصمة ، واستجابات العلاج. البحث في هذا سيولد أهدافًا واعدة للعلاجات المستقبلية. هذا هو الحال بالفعل في علاج السرطان (69) وأمراض أخرى (70). وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى التطورات في استخدام مثبطات الجزيئات الصغيرة (71) ، وبعض الاكتشافات الحديثة المثيرة للتفاعلات مع هيستون ميثيل ترانسفيرازز SETD7 و Ezh2 لاستهداف السرطانات ، والتي هي الآن في التجارب السريرية (72). حتى الآن ، كانت حالة أستيل هيستون هي محور التركيز ، مع وجود بعض أوجه التشابه في دور هذه الإنزيمات بين الأمراض الالتهابية الأخرى والربو. يجب معالجة طرق بحث مماثلة لاستكشاف الإمكانيات العلاجية التي توفرها إنزيمات تعديل هيستون معينة. يقع PTM وتنظيمه في نقطة الجسر بين العوامل الوراثية والبيئية والمتوالية في المرض. من خلال التلاعب المناسب بالأنزيمات التي تعدل PTMs لمركب أوكتامر هيستون ، يمكننا الوصول إلى أداة قوية قد تكون قادرة على تنظيم التعبير الجيني الالتهابي الأوسع في الربو.


الوظائف البيولوجية

تنظيم النسخ

يمكن إرجاع اكتشاف أستيل هيستون الذي تسبب في حدوث تغييرات في نشاط النسخ إلى عمل فيسينت ألفري وزملاؤه في عام 1964. [13] افترضت المجموعة أن بروتينات الهيستون المعدلة بواسطة مجموعات الأسيتيل أضافت شحنات سالبة إلى اللايسينات الإيجابية ، وبالتالي خفضت التفاعل بين الحمض النووي والهستونات. [14] يعتبر تعديل الهيستون الآن آلية تنظيمية رئيسية تشارك في العديد من المراحل المختلفة للوظائف الجينية. [15] فهمنا الحالي هو أن بقايا ليسين الأسيتيل على ذيول الهيستون ترتبط بتنشيط النسخ. في المقابل ، ترتبط الهستونات المنزوعة الأسيتيل بقمع النسخ. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على ارتباطات سلبية بين العديد من علامات أستلة هيستون. [16]

يُعتقد أن الآلية التنظيمية ذات شقين. اللايسين هو حمض أميني شحنة موجبة عند عدم تعديله. تميل اللايسينات الموجودة على الأطراف الأمينية للهيستونات إلى إضعاف البنية الكلية للكروماتين. إن إضافة مجموعة الأسيتيل ، التي تحمل شحنة سالبة ، تزيل بشكل فعال الشحنة الموجبة ، وبالتالي تقلل التفاعل بين ذيل الهيستون والنيوكليوسوم. [17] هذا يفتح النوكليوسوم المعبأ بإحكام ويسمح لآلات النسخ بالتلامس مع قالب الحمض النووي ، مما يؤدي إلى النسخ الجيني. [18] يتم قمع النسخ الجيني من خلال عكس هذه الآلية. تتم إزالة مجموعة الأسيتيل بواسطة أحد إنزيمات HDAC أثناء نزع الأسيتيل ، مما يسمح للهيستونات بالتفاعل مع الحمض النووي بشكل أكثر إحكامًا لتشكيل مجموعة نواة مضغوطة. هذه الزيادة في الهيكل الصلب تمنع دمج آلات النسخ ، مما يؤدي إلى إسكات نسخ الجينات بشكل فعال.

من الآثار الأخرى المترتبة على أستلة هيستون توفير منصة لربط البروتين. كتعديل لاحق للترجمة ، يمكن أن يجذب أستيل الهستونات البروتينات إلى الكروماتين المطول الذي تم تمييزه بواسطة مجموعات الأسيتيل. تم الافتراض بأن ذيول الهيستون تقدم مواقع التعرف التي تجذب البروتينات المسؤولة عن تنشيط النسخ. [19] على عكس بروتينات هيستون الأساسية ، فإن ذيول الهيستون ليست جزءًا من نواة النواة وتتعرض لتفاعل البروتين. اقترح نموذج أن أستلة هيستونات H3 تنشط نسخ الجينات عن طريق جذب مجمعات أخرى مرتبطة بالنسخ. لذلك ، توفر علامة الأسيتيل موقعًا للتعرف على البروتين حيث تتفاعل عوامل النسخ مع ذيول هيستون الأسيتيل عبر البرومودومين الخاص بهم. [20]

فرضية كود هيستون

تقترح فرضية كود هيستون فكرة أن أنماط التعديلات اللاحقة للترجمة على الهستونات ، بشكل جماعي ، يمكن أن توجه وظائف خلوية محددة. [21] غالبًا ما تحدث تعديلات كيميائية لبروتينات هيستون على أحماض أمينية معينة. يمكن تفسير هذه الإضافة المحددة لتعديلات فردية أو متعددة على نوى هيستون من خلال عوامل النسخ والمجمعات التي تؤدي إلى آثار وظيفية. يتم تسهيل هذه العملية عن طريق إنزيمات مثل HATs و HDACs التي تضيف أو تزيل التعديلات على الهستونات وعوامل النسخ التي تعالج و "تقرأ" رموز التعديل. يمكن أن تكون النتيجة تنشيط النسخ أو قمع الجين. على سبيل المثال ، يكون للجمع بين الأستلة والفسفرة تأثيرات تآزرية على مستوى التكثيف الهيكلي الكلي للكروموسومات ، وبالتالي ، يؤدي إلى تنشيط النسخ للجين المبكر الفوري. [22]

اقترحت التجارب التي تبحث في أنماط الأسيتيل لهستونات H4 أن أنماط التعديل هذه يتم الحفاظ عليها بشكل جماعي في الانقسام والانقسام الاختزالي من أجل تعديل التعبير الجيني طويل المدى. [8] يتم تنظيم نمط الأسيتيل بواسطة إنزيمات HAT و HADC ، وبدوره يحدد بنية الكروماتين المحلية. بهذه الطريقة ، تنتقل أنماط الأسيتيل وتترابط مع قدرة ووظائف ربط البروتين في توليد الخلايا اللاحق.

برومودومين

البرومودومين هو حافز مسؤول عن التعرف على ليسين الأسيتيل على الهستونات عن طريق بروتينات إعادة تشكيل النواة. تجذب تعديلات ما بعد الترجمة لذيول هيستون الطرفية N و C العديد من عوامل بدء النسخ التي تحتوي على bromodomains ، بما في ذلك المحفز المشترك للنسخ البشري PCAF و TAF1 و GCN5 وبروتين ربط CREB (CBP) ، إلى المروج ولها أهمية في تنظيم التعبير الجيني. [23] أظهر التحليل الهيكلي لعوامل النسخ أن النطاقات المحفوظة بشكل كبير ضرورية للبروتين لربط ليسين الأسيتيل ، وهذا يشير إلى أن أسيتيل موقع هيستون المحدد له دور تنظيمي في تنشيط النسخ الجيني. [24]


هيستون أستلة / إنزيمات ديسيتيليشن

هيستون أسيتيل ترانسفيراز (HATs)

هيستون أسيتيل ترانسفيرازات ، والمعروفة أيضًا باسم HATs ، هي عائلة من الإنزيمات التي تعمل على أسيتيل ذيول الهيستون في الجسيم النووي. يتم التعبير عن هذا والتعديلات الأخرى بناءً على الحالات المتغيرة للبيئة الخلوية. [2] تم توثيق العديد من البروتينات ذات قدرات الأسيتيل ، وبعد فترة تم تصنيفها على أساس التشابه التسلسلي بينهما. هذه التشابهات عالية بين أفراد الأسرة ، لكن أعضاء من عائلات مختلفة يظهرون القليل جدًا من التشابه. [9] بعض العائلات الرئيسية التي تم تحديدها حتى الآن هي على النحو التالي.

عائلة GNAT

التحكم العام غير القابل للضغط 5 (Gcn5) - N-Acetyltransferases (GNATs) هو واحد من العديد من العائلات المدروسة مع قدرات الأستلة. [10] تشتمل هذه العائلة الفائقة على العوامل Gcn5 المتضمنة في مجمعات SAGA و SLIK و STAGA و ADA و A2 والعامل المرتبط بالبروتين المرتبط بـ Gcn5L و p300 / CREB (PCAF) و Elp3 و HPA2 و HAT1. [10] [11] تشمل السمات الرئيسية لعائلة GNAT نطاقات HAT التي يبلغ طولها حوالي 160 وحدة بنائية ونطاق برومود محفوظ تم العثور عليه على أنه نموذج استهداف أسيتيل ليسين. [9] وقد ثبت أن Gcn5 له ركائز أسيتيل عندما يكون جزءًا من معقد. [11] تم العثور على المؤتلف Gcn5 ليكون متورطًا في أستلة هيستونز H3 في النواة. [2] [11] إلى حد أقل ، تم العثور على أسيتيل H2B و H4 هيستونات عند مشاركتها مع المجمعات الأخرى. [2] [3] [11] يتمتع PCAF بالقدرة على العمل كبروتين HAT وهستونات الأسيتيل ، ويمكنه أسيتيل البروتينات غير الهيستون المرتبطة بالنسخ ، بالإضافة إلى العمل كمنشط في العديد من العمليات بما في ذلك تكوين العضل ، والمستقبلات النووية التنشيط الوسيط وتنشيط إشارات عامل النمو. Elp3 لديه القدرة على أسيتيل جميع الوحدات الفرعية للهيستون ويظهر أيضًا تورطًا في إنزيم RNA polymerase II holoenzyme. [2]

عائلة ميست

يشكل كل من MOZ (بروتين إصبع الزنك اللوكيميا الأحادي) و Ybf2 / Sas3 و Sas2 و Tip60 (Tat Interacting Protein) مجموعة MYST ، وهي عائلة أخرى معروفة تعرض قدرات الأسيتيل. تشمل هذه العائلة Sas3 و SAS الأساسي المرتبط بـ SAS أسيتيل ترانسفيراز (Esa1) و Sas2 و Tip60 و MOF و MOZ و MORF و HBO1. لأفراد هذه العائلة وظائف متعددة ، ليس فقط من خلال تنشيط الجينات وإسكاتها ، ولكن أيضًا تؤثر على التطور ولها آثار على الأمراض التي تصيب الإنسان. [11] يشارك كل من Sas2 و Sas3 في إسكات النسخ ، ويشارك كل من MOZ و TIF2 في تكوين منتجات انتقال سرطان الدم بينما تشارك MOF في تعويض الجرعة في ذبابة الفاكهة. نطاقات HAT لهذه العائلة ما يقرب من 250 وحدة بنائية والتي تشمل مجالات ربط الزنك الغنية بالسيستين وكذلك نطاقات الكرومودات N- الطرفية. تم العثور على بروتينات MYST Esa1 و Sas2 و Sas3 في الخميرة ، وتوجد MOF في ذبابة الفاكهة بينما توجد Tip60 و MOZ و MORF و HBO1 في البشر. [9] Tip60 له دور في تنظيم نسخ الجينات ، وجد أن HBO يؤثر على عملية تكرار الحمض النووي ، MORF قادر على أسيتيل الهستونات الحرة (خاصة H3 و H4) وكذلك الهيستونات النووية. [2]

عائلة p300 / CBP

يشكل البروتين المرتبط بالفيروسات الغدية E1A البالغ 300 كيلو دالتون (p300) والبروتين المرتبط بـ CREB (CBP) العائلة التالية من HATs. [10] تحتوي هذه العائلة من HAT على نطاقات HAT يبلغ طولها ما يقرب من 500 وحدة بنائية وتحتوي على برومودومين بالإضافة إلى ثلاثة مجالات غنية بالسيستين والحامض والتي تساعد في تفاعلات البروتين. [9] من المعروف أن HATs هذه تستيل جميع الوحدات الفرعية للهيستون في النواة. لديهم أيضًا القدرة على أسيتيل وتوسط البروتينات غير الهيستونية المشاركة في النسخ وتشارك أيضًا في دورة الخلية والتمايز والاستماتة. [2]

القبعات الأخرى

هناك بروتينات أخرى لها قدرات الأسيتيل ولكنها تختلف في تركيبها عن العائلات المذكورة سابقًا. يُطلق على أحد HAT اسم مُنشط مستقبل الستيرويد 1 (SRC1) ، والذي يحتوي على مجال HAT يقع في الطرف C من البروتين جنبًا إلى جنب مع النطاقات الحلزونية الحلزونية الأساسية ونطاقات PAS A و PAS B مع مستقبلات LXXLL المتفاعلة في الوسط. آخر هو ATF-2 الذي يحتوي على مجال تنشيط النسخ (ACT) ومجال أساسي لربط الحمض النووي (bZip) بسحاب مع مجال HAT بينهما. الأخير هو TAFII250 الذي يحتوي على مجال Kinase في منطقة N-terminus ، ونطاقان برومودان يقعان في منطقة C-terminus ومجال HAT الموجود بينهما. [12]

هيستون ديسيتيلاز (HDACs)

هناك ما مجموعه أربع فئات تصنف Histone Deacetylases (HDACs). تتضمن الفئة الأولى HDACs 1 و 2 و 3 و 8. وتنقسم الفئة الثانية إلى مجموعتين فرعيتين ، الفئة IIA والفئة IIB. تشتمل الفئة IIA على HDACs 4 و 5 و 7 و 9 بينما تشتمل الفئة IIB على HDACs 6 و 10. تحتوي الفئة III على Sirtuins بينما تحتوي الفئة IV على HDAC11 فقط. [5] [6] يتم تقسيم فئات بروتينات HDAC وتجميعها معًا بناءً على المقارنة مع تناظرات التسلسل لـ Rpd3 و Hos1 و Hos2 لـ HDACs من الفئة الأولى و HDA1 و Hos3 لـ HDAC من الفئة II و sirtuins للفئة III HDACs. [6]

الفئة الأولى HDACs

HDAC1 و أمبير HDAC2

HDAC1 و amp HDAC2 هما في الدرجة الأولى من HDACs أكثر ارتباطًا ببعضهما البعض. [5] [6] من خلال تحليل التسلسلات الإجمالية لكل من HDACs ، وجد أن التشابه بينهما هو حوالي 82٪ متماثل. [5] تم العثور على هذه الإنزيمات لتكون غير نشطة عند عزلها مما أدى إلى استنتاج أنه يجب دمجها مع العوامل المساعدة من أجل تنشيط قدراتها على نزع الأسيتيل. [5] هناك ثلاثة مجمعات بروتينية رئيسية يمكن أن يدمجها HDAC 1 و amp 2. تشمل هذه المجمعات Sin3 (سميت على اسم بروتينها المميز mSin3A) ، ومركب إعادة تشكيل Nucleosome و Deacetylating Complex (NuRD) ، و Co-REST. [5] [6] يحتوي كل من مجمع Sin3 ومركب NuRD على HDACs 1 و 2 ، والبروتين المرتبط بـ Rb 48 (RbAp48) و RbAp46 الذي يشكل جوهر كل معقد. [2] [6] قد تكون هناك حاجة إلى مجمعات أخرى من أجل بدء أكبر قدر ممكن من النشاط المتاح. يمكن أيضًا أن ترتبط HDACs 1 و 2 مباشرة ببروتينات ربط الحمض النووي مثل Yin و Yang 1 (YY1) وبروتين الربط Rb 1 و Sp1. [5] تم العثور على HDACs 1 و 2 للتعبير عن الأدوار التنظيمية في جينات دورة الخلية الرئيسية بما في ذلك p21. [6]

يمكن أن يتأثر نشاط هذه HDACs بالفسفرة. تؤدي زيادة كمية الفسفرة (فرط الفسفرة) إلى زيادة نشاط ديستيلاز ، ولكنها تحط من التكوين المعقد بين HDACs 1 و 2 وبين HDAC1 و mSin3A / YY1. تؤدي كمية أقل من الطبيعي من الفسفرة (نقص الفسفرة) إلى انخفاض في كمية نشاط ديستيلاز ، ولكنها تزيد من كمية التكوين المعقد. وجدت دراسات الطفرات أن الفسفرة الرئيسية تحدث في البقايا Ser 421 و Ser 423. في الواقع ، عندما تم تحوير هذه البقايا ، لوحظ انخفاض كبير في كمية نشاط نزع الأسيتات. [5] هذا الاختلاف في حالة الفسفرة هو وسيلة للحفاظ على المستوى الأمثل من الفسفرة لضمان عدم وجود زيادة أو نقص في التعبير عن نزع الأسيتات. تم العثور على HDACs 1 و 2 حصريًا في النواة. [2] [6] في الفئران HDAC1 بالضربة القاضية (KO) ، وجد أن الفئران تموت أثناء التطور الجنيني وأظهرت انخفاضًا حادًا في الإنتاج ولكن زاد من التعبير عن مثبطات كيناز المعتمدة على Cyclin (CDKIs) ص 21 وص 27. لا يمكن حتى لتنظيم أنظمة HDAC الأخرى من الفئة I تعويض فقدان HDAC1. يقود عدم القدرة على التعافي من HDAC1 KO الباحثين إلى الاعتقاد بأن هناك تفردًا وظيفيًا لكل من HDAC بالإضافة إلى تداخل تنظيمي بين العوامل. [6]

HDAC3

تم العثور على HDAC3 ليكون أكثر ارتباطًا بـ HDAC8. يحتوي HDAC3 على منطقة غير محفوظة في المنطقة الطرفية C والتي وُجد أنها مطلوبة لقمع النسخ بالإضافة إلى نشاط ديستيلاز. كما تحتوي على منطقتين ، واحدة تسمى إشارة التوطين النووي (NLS) وكذلك إشارة التصدير النووي (NES). يعمل NLS كإشارة للعمل النووي بينما يعمل NES مع HDACs التي تؤدي العمل خارج النواة. يشير وجود كلتا الإشارتين لـ HDAC3 إلى أنه ينتقل بين النواة والسيتوبلازم. [5] تم اكتشاف أن HDAC3 يتفاعل مع غشاء البلازما. [6] يجب استخدام وسيط الإسكات لمستقبلات حمض الريتينويك وهرمون الغدة الدرقية (SMRT) وعوامل الكابح المساعد للمستقبلات النووية (N-CoR) بواسطة HDAC3 من أجل تنشيطها. [5] [6] عند القيام بذلك ، فإنه يكتسب القدرة على التعجيل المشترك مع HDACs 4 و 5 و 7. يمكن أيضًا العثور على HDAC3 معقدًا مع البروتين المرتبط بـ HDAC (HDRP). [5] تم العثور على HDACs 1 و 3 للتوسط في تفاعلات Rb-RbAp48 مما يشير إلى أنها تعمل في تقدم دورة الخلية. [5] [6] يُظهر HDAC3 أيضًا تورطه في التجديد الذاتي للخلايا الجذعية ودور النسخ المستقل في الانقسام. [6]

HDAC8

تم العثور على HDAC8 ليكون أكثر تشابهًا مع HDAC3. السمة الرئيسية لها هي المجال التحفيزي الذي يحتوي على منطقة NLS في المركز. تم العثور على نسختين من HDAC تتضمن نسخة 2.0 كيلو بايت ونسخة 2.4 كيلو بايت. [5] على عكس جزيئات HDAC الأخرى ، عند تنقيتها ، أظهر HDAC هذا نشاطًا إنزيميًا. [6] في هذه المرحلة ، نظرًا لاكتشافه مؤخرًا ، لم يُعرف بعد ما إذا كان يتم تنظيمه بواسطة مجمعات بروتينية مشتركة القامع. كشفت البقع الشمالية أن أنواع الأنسجة المختلفة تظهر درجات متفاوتة من تعبير HDAC8 [5] ولكن لوحظ في العضلات الملساء ويعتقد أنها تساهم في الانقباض. [6]

الفئة الثانية HDACs

فئة IIA

تتضمن الفئة IIA HDACs HDAC4 و HDAC5 و HDAC7 و HDAC9. تم العثور على HDACs 4 و 5 أكثر تشابهًا مع بعضهما البعض بينما يحافظ HDAC7 على تشابه بينهما. تم اكتشاف ثلاثة أنواع مختلفة من HDAC9 بما في ذلك HDAC9a و HDAC9b و HDAC9c / HDRP ، بينما تم الاشتباه في المزيد. تم العثور على متغيرات HDAC9 لها أوجه تشابه مع باقي الفئة IIA HDACs. بالنسبة لـ HDAC9 ، يمكن النظر إلى متغيرات الربط على أنها طريقة لإنشاء "آلية مضبوطة" لمستويات تعبير التمايز في الخلية. قد تستفيد أنواع الخلايا المختلفة وتستخدم الأشكال الإسوية المختلفة لإنزيم HDAC9 مما يسمح بأشكال مختلفة من التنظيم. تمتلك HDACs 4 و 5 و 7 مجالاتها الحفازة الموجودة في الطرف C جنبًا إلى جنب مع منطقة NLS بينما تمتلك HDAC9 مجالها التحفيزي الموجود في الطرف N. ومع ذلك ، فإن HDAC9c / HDRP المتغير HDAC9 يفتقر إلى المجال التحفيزي ولكن له تشابه بنسبة 50٪ مع الطرف N في HDACs 4 و 5. [5]

بالنسبة لـ HDACs 4 و 5 و 7 ، تم اكتشاف مجالات الربط المحفوظة التي ترتبط ببروتين الربط الطرفي C (CtBP) وعامل محسن الخلايا العضلية 2 (MEF2) و14-3-3. [5] [6] تعمل جميع HDAC الثلاثة على قمع عامل النسخ العضلي MEF2 الذي يلعب دورًا أساسيًا في تمايز العضلات كعامل نسخ ملزم للحمض النووي. يمنع ربط HDACs بـ MEF2 تمايز العضلات ، والذي يمكن عكسه بعمل Ca 2+ / كيناز المعتمد على الهدودولين (CaMK) والذي يعمل على فصل مجمع HDAC / MEF2 عن طريق فسفرة جزء HDAC. [5] وقد لوحظ أنهم متورطون في تضخم الخلايا في تمايز التحكم في العضلات وكذلك تضخم الخلايا في أنسجة العضلات والغضاريف. [6] لقد ثبت أن HDACs 5 و 7 يعملان في مقابل HDAC4 أثناء تنظيم تمايز العضلات وذلك للحفاظ على مستوى مناسب من التعبير. كان هناك دليل على أن هذه HDACs تتفاعل أيضًا مع HDAC3 كعامل توظيف مشترك لعوامل SMRT / N-CoR في النواة. لقد أظهر غياب إنزيم HDAC3 أنه يؤدي إلى عدم النشاط مما يجعل الباحثين يعتقدون أن HDACs 4 و 5 و 7 تساعد في دمج مجندين ربط الحمض النووي لمجمعات HDAC المحتوية على HDAC3 الموجودة في النواة. [5] عندما يتم القضاء على HDAC4 في الفئران ، فإنها تعاني من تضخم واضح في الخلايا الغضروفية وتموت بسبب التعظم الشديد. لقد ثبت أن HDAC7 يقمع موت الخلايا المبرمج المعتمد على Nur77. يؤدي هذا التفاعل إلى دور في التوسع النسيلي للخلايا التائية. تبين أن الفئران HDAC9 KO تعاني من تضخم القلب الذي يتفاقم في الفئران التي تكون KO مزدوجة لـ HDACs 9 و 5. [6]

الفئة IIB

تتضمن الفئة IIB HDACs HDAC6 و HDAC10. يرتبط هذان HDACs ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض في التسلسل الكلي. ومع ذلك ، فإن المجال الحفزي لـ HDAC6 هو الأكثر تشابهًا مع HDAC9. [5] من السمات الفريدة لـ HDAC6 أنها تحتوي على مجالين محفزين جنبًا إلى جنب مع بعضهما البعض. [5] [6] ميزة فريدة أخرى لـ HDAC6 هي HDAC6- ، SP3 ، ومجال عزر إصبع الزنك (HUB) المرتبط بـ Brap2 في الطرف C والذي يُظهر بعض الوظائف المتعلقة بالانتشار ، مما يعني أن HDAC عرضة للتدهور. [5] يحتوي HDAC10 على مجالين محفزين أيضًا. يوجد مجال نشط واحد في الطرف N ويقع المجال التحفيزي المفترض في الطرف C [5] [6] جنبًا إلى جنب مع مجال NES. [5] تم العثور أيضًا على مجالين مفترضين لربط Rb في HDAC10 مما يدل على أنه قد يكون له دور في تنظيم دورة الخلية. تم العثور على نوعين مختلفين من HDAC10 ، كلاهما لهما اختلافات طفيفة في الطول. HDAC6 هو HDAC الوحيد الذي يظهر أنه يعمل على tubulin ، حيث يعمل بمثابة tubulin deacetylase الذي يساعد في تنظيم حركة الخلية المعتمدة على الأنابيب الدقيقة. يوجد في الغالب في السيتوبلازم ولكن من المعروف أنه يوجد في النواة ، معقدًا مع HDAC11. لقد لوحظ أن HDAC10 يعمل على HDACs 1 و 2 و 3 (أو SMRT) و 4 و 5 و 7. وقد تم إثبات بعض الأدلة على أنه قد يكون له تفاعلات صغيرة مع HDAC6 أيضًا. هذا يقود الباحثين إلى الاعتقاد بأن HDAC10 قد يعمل كمجند أكثر من كونه عامل نزع الأستيل. ومع ذلك ، فإن التجارب التي أجريت مع HDAC10 أظهرت بالفعل نشاط نزع الأسيتيل. [5]

الفئة الرابعة HDACs

HDAC11

لقد ثبت أن HDAC11 مرتبط بـ HDACs 3 و 8 ، لكن تسلسلها العام يختلف تمامًا عن HDACs الأخرى ، مما يجعلها في فئتها الخاصة. [5] [6] يحتوي HDAC11 على مجال تحفيزي يقع في نهايته N. لم يتم العثور عليه مدمجًا في أي من مجمعات HDAC مثل Nurd أو SMRT مما يعني أنه قد يكون له وظيفة خاصة فريدة لنفسه. لقد وجد أن HDAC11 يظل ​​بشكل أساسي في النواة. [5]


تقديم الجائزة من قبل ريتشارد ليفتون

يبدو وجود الحياة بحد ذاته معجزة. إن التطور من خلية واحدة لنبات أو حشرة أو إنسان يحتوي كل منها على خلايا وأعضاء متخصصة ذات وظائف مختلفة جذريًا يمثل أحد الألغاز الكبيرة. نحن نفهم الآن أن جميع أشكال الحياة على الأرض تستخدم المعلومات المشفرة في الحمض النووي كدليل إرشادي لبناء كائن حي بالغ. يتم تنفيذ التعليمات عن طريق نسخ أجزاء من الحمض النووي ، تسمى الجينات ، إلى نسخ الحمض النووي الريبي ، التي توجه إنتاج البروتينات التي تكوِّن خلية عضلية أو خلية كبدية أو خلية عصبية. يتطلب هذا تشغيل مجموعات مختلفة من الجينات أو إيقاف تشغيلها أو ضبطها على المستويات الصحيحة في أنواع الخلايا المختلفة. علاوة على ذلك ، يجب أيضًا تعديل التعبير الجيني للاستجابة للتغيرات الدورية في البيئة الخارجية.

جاءت رؤيتنا الأولى حول كيفية تشغيل الجينات وإيقافها بشكل انتقائي من دراسات أجريت على البكتيريا بكتريا قولونية بواسطة جاكوب ومونود في أوائل الستينيات. لقد أسسوا النموذج القائل بأن عوامل النسخ - البروتينات التي ترتبط بتسلسلات معينة من الحمض النووي - تعزز أو تمنع نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي.

مزيد من المعلومات

ومع ذلك ، هناك اختلافات لافتة للنظر بين البكتيريا وحقيقيات النوى - أي النباتات والحيوانات والفطريات. على سبيل المثال ، الجينوم البشري أكبر من 1000 ضعف تقريبًا الإشريكية القولونية. يبلغ طول الحمض النووي الممتد لخلية بشرية واحدة 6 أقدام ، ولكن يتم ضغطه في نواة يبلغ نصف قطرها 3 ميكرون فقط ، مما يشكل مشكلة تنظيمية / إدارية خطيرة. يرتبط الحمض النووي الكروموسومي لحقيقيات النوى ، وليس البكتيريا ، بعائلة من البروتينات الصغيرة تسمى الهيستونات. أظهر البحث الذي أجراه روجر كورنبيرج وتيم ريتشموند وآخرون أن معقد البروتين الدنا هذا يتكون من سلسلة من الخرزات - تسمى نيوكليوزومات - مع كل حبة تحتوي على لب من بروتينات هيستون مع دنا ملفوف حول الخارج. يتم تعبئة هذه الحبيبات في مجموعات ذات ترتيب أعلى في الكروموسومات ، مع ضغط ألياف الحمض النووي حتى 10000 ضعف أثناء انقسام الخلية.

أدى توحيد حبات الهيستون وعدم تفضيلها لتسلسل DNA المحدد إلى الافتراض الواسع بأن هذه النيوكليوسومات كانت ببساطة مادة تعبئة خاملة للحمض النووي في النواة. ومع ذلك ، في الستينيات من القرن الماضي ، قام فينسنت ألفري بملاحظة استفزازية مفادها أن بروتينات الهيستون يمكن تعديلها كيميائيًا. لقد أظهر أن الهيستونات الأسيتيل قد تم إثرائها في أجزاء عالية التعبير من الجينوم ، واستنفدت من الأجزاء التي لا تعبر عن الجينات. ومع ذلك ، لم تستطع الأدوات المتاحة في ذلك الوقت إثبات ما إذا كان تعديل هيستون سببًا أو نتيجة للتعبير الجيني ، وتلاشت هذه الملاحظات.

أدخل مايكل جرونشتاين ، الذي شرع في الثمانينيات في اختبار فكرة أن الهستونات لعبت دورًا نشطًا في تنظيم التعبير الجيني. درس خميرة الخباز -S. cerevisiae- لأن هذا الفطر وحيد الخلية يمكن التلاعب به وراثيًا. صمم جرونشتاين الخميرة التي يمكن فيها تشغيل إنتاج الهيستون وإيقافه حسب الرغبة. في عام 1987 ، أفاد جرونشتاين وزملاؤه أن إيقاف إنتاج الهيستونات أدى إلى استنفاد النوكليوزوم بشكل مثير للدهشة ، ووجدوا أن هذا أدى إلى تنشيط التعبير عن الجينات التي يتم إيقافها بشكل طبيعي ، مما يشير لأول مرة إلى أن النيوكليوزومات تنظم التعبير الجيني في الجسم الحي.

ثم طرح سؤالاً أكثر طموحًا: هل تغير طفرات الحمض النووي التي تغير بروتينات الهيستون من التعبير الجيني؟ في سلسلة من التجارب الأنيقة ، أظهر أولاً أن حذف قطعة قصيرة من أحد طرفي أحد بروتينات هيستون ، تسمى H4 ، يلغي بشكل انتقائي تحريض التعبير عن الجينات التي يتم تنظيمها بشكل كبير من خلال توافر العناصر الغذائية المختلفة في البيئة. الأهم من ذلك ، أن هذا الجزء شمل جميع المواقع الأربعة في البروتين التي تم أسيتيلها. ثم قام بتحور هذه المواقع الأربعة بحيث لم يعد من الممكن أسيتيلها وأظهر أن هذه الطفرات كانت كافية لمنع تحول هذه الجينات.

على العكس من ذلك ، اكتشف جرونشتاين أيضًا طفرات في ذيول الهيستون التي حولت التعبير الجيني عن طريق منع الضغط الطبيعي للكروموسومات إلى أجزاء شديدة التكثيف تسمى الهيتروكروماتين حيث يتم إيقاف التعبير الجيني. لقد أوضح آلية كيميائية حيوية جميلة توضح كيف ينتشر هذا الكروماتين المغاير باستمرار على طول الكروموسوم ، موضحًا ظاهرة موصوفة جيدًا ولكنها غامضة.

أسس العمل الرائد لجرونشتاين لأول مرة العلاقة السببية بين تغييرات مواقع معينة في بروتينات هيستون في التنشيط الطبيعي وقمع التعبير الجيني.

بالتوازي مع ذلك ، كان David Allis يستخدم الكيمياء الحيوية لعزل الإنزيمات التي تتوسط في تعديل الهيستون. كانت مستويات هذه الإنزيمات منخفضة للغاية في الخلايا ، مما دفع أليس إلى اللجوء إليها رباعية الغشاء، وهو كائن أولي غير عادي يحدث فيه التعبير الجيني في النوى حيث يتم تحطيم الحمض النووي الصبغي إلى قطع صغيرة بحجم الجينات والتي يتم تضخيمها بعد ذلك إلى عدد نسخ مرتفع. تحتوي هذه النوى على مستويات عالية من التعبير الجيني مع مستويات عالية من أستيل هيستون. من خلال نهج تجريبي بارع ، قام فريق Allis في عام 1996 بتنقية أول هيستون أسيتيل ترانسفيراز. قدم تسلسل هذا البروتين مفاجأة مذهلة ، حيث كشف أنه مرتبط ارتباطًا وثيقًا ببروتين الخميرة المحير ، Gcn5p ، والذي تم تحديده على أنه بروتين لا يربط الحمض النووي ولكنه مع ذلك مطلوب كشريك في عوامل النسخ المختلفة لتشغيله. التعبير عن الجينات شديدة التنظيم. باختصار ، أظهر فريق أليس أن هذا المنشط المساعد للخميرة ، مثله رباعية الغشاء نظير ، أسيتيل بشكل انتقائي المواقع في ذيول هيستون التي يتم أسيتيلها في الجسم الحي.

هذه الدراسات مجتمعة تورط التعديل التساهمي لبروتينات هيستون في التنظيم الطبيعي للتعبير الجيني ، وأضرمت النيران في المجال ، مما جذب عددًا كبيرًا من العلماء الموهوبين. لقد أدى سيل العمل الناتج إلى تغيير فهمنا للتعبير الجيني المنظم وكشف عن لغة غير معترف بها سابقًا يكون فيها للتعديلات الكيميائية المختلفة لمواقع معينة في بروتينات الهيستون نتائج مميزة. على سبيل المثال ، يعزز الأستلة في موقع معين تنشيط التعبير الجيني بينما تثبط المثيلة في نفس الموقع التعبير الجيني. في المقابل ، فإن المثيلة في موقع مختلف ، والعمل من خلال بروتين محول مختلف يعزز تنشيط التعبير ، كما أن الفسفرة في موقع آخر تعزز الضغط الشديد للكروموسومات قبل انقسام الخلية. لعبت Allis دورًا مهمًا في اكتشاف العديد من تعديلات الهيستون وآلية تأثيرها. الأهم من ذلك ، أن هذه التعديلات الكيميائية يمكن أن تستمر ، مما يوفر ذاكرة خلوية تحافظ على تمايز أنواع الخلايا ، ويمكن أن تحفز جينات معينة تم تشغيلها بشكل عابر ، على سبيل المثال استجابة للإصابة ، لتكون جاهزة لإعادة التنشيط الفوري في حالة الإصابة في نفس الموقع يتكرر.

لعب Grunstein و Allis الأدوار الرئيسية في فتح هذا المجال القوي ، ولعبوا أدوارًا مباشرة في العديد من هذه الاكتشافات التحويلية.

أصبحت أهمية تعديلات هيستون هذه واضحة بشكل متزايد مع مرور الوقت. ثبت أن بعض التشوهات التطورية التقليدية في ذبابة الفاكهة - حيث يتحول جزء من الجسم إلى آخر - ناجمة عن الطفرات التي تقضي على الإنزيمات المعدلة للهيستون. وفي السنوات العديدة الماضية ، امتدت هذه النتائج إلى البشر ، حيث كانت الطفرات في معدلات الهيستون وقراء هذه التعديلات هي السبب الأكثر شيوعًا للتشوهات الخلقية مثل أمراض القلب الخلقية وهي أيضًا سبب متكرر للتشوهات النمائية العصبية مثل التوحد. علاوة على ذلك ، فإن الطفرات الجسدية في العشرات من المعدلات المختلفة للهيستون أو في المواقع في الهيستونات التي تعدلها هي محركات لمجموعة واسعة من السرطانات. في أحد الأمثلة المدهشة ، تُعزى الأورام الدبقية لدى الأطفال - وهي سرطان دماغي مدمر - عادةً إلى طفرة واحدة متكررة في هيستون في موقع ميثيل عادةً بواسطة إنزيم معدل للهيستون. أظهر فريق Allis أن هذا الهيستون الطافر يرتبط ارتباطًا وثيقًا بإنزيمه المُعدِّل ، ويعزله ويمنعه من أداء وظيفته الطبيعية.

حفز كل هذا العمل الجهود لتطوير علاجات جديدة تستهدف هذه الإنزيمات المعدلة للهيستون ، وبعضها الآن قيد الاستخدام السريري الروتيني على سبيل المثال ، مثبطات الإنزيمات التي تزيل مجموعات الأسيتيل من الهيستونات مفيدة في السرطانات بما في ذلك سرطان الغدد الليمفاوية التائية للخلايا الجلدية. والورم النخاعي المتعدد ، وأكثر من ذلك بكثير في التحقيق السريري لأمراض متنوعة.

كانت اكتشافات جرونشتاين وأليس أصلية وغير متوقعة ، فقد غيرت فهمنا لتنظيم التعبير الجيني. كان عملهم أيضًا شجاعًا ، حيث كرّسوا سنوات من الجهد ، وتغلبوا على التحديات التقنية الهائلة في برامجهم البحثية ، بينما كانوا يسبحون ضد تيار قوي من مجال متقدم لم يتوقع الحاجة إلى دور لبروتينات الهيستون في تنظيم الجينات. بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن اكتشافات جرونشتاين وأليس جاءت من اختياراتهم الثاقبة لأنظمة تجريبية بسيطة للدراسة - الخميرة و رباعية الغشاء. لقد أسفرت مثل هذه الأنظمة البسيطة عن رؤى أساسية لا حصر لها في علم الأحياء ، تذكرنا بأن الدعم العام للبحوث المدفوعة بالفضول يستمر في إنتاج رؤى عميقة تؤثر في النهاية على فهمنا لصحة الإنسان والمرض. يسعدني أن أهنئ مايكل وديفيد على إنجازاتهما العلمية الرائعة التي يستحقانها بشكل استثنائي لجائزة ألبرت لاسكر للبحوث الطبية الأساسية لهذا العام.


النزوح من الهيستونات في المروجين خميرة الخميرة ترتبط جينات الصدمة الحرارية بشكل مختلف مع أستيل هيستون H3

تين. 1. حركية إزاحة هيستون H3 في محفزات جينات الصدمة الحرارية. (أ) إزاحة أضعاف هيستون H3 (ذ المحور) بمرور الوقت (من 0 إلى 64 دقيقة) (x المحور) بالنسبة إلى المستوى غير الصدمة الحرارية (0 ") ، والذي تم تعيينه بشكل تعسفي عند 1. تم تطبيع جميع قيم PCR في الوقت الحقيقي بالنسبة إلى PHO5 المروج ، المعروف باحتوائه على النيوكليوسومات الموضوعة التي لا تتغير أثناء الصدمة الحرارية (13). تمثل القيم يعني ± الانحرافات المعيارية (ن ≥ 3). (ب) تم إجراء نفس التجربة كما في اللوحة A ، باستثناء ChIPs مع رفع الجسم المضاد مقابل الشكل الأسيتيل لـ H3. (ج) التغيير النسبي لوفرة H3 الأسيتيل (AcH3) / H3 (ذ محور) ، محسوبًا من البيانات الموجودة في اللوحتين A و B. وفرة AcH3 / H3 = إزاحة H3 / خسارة AcH3. (ملاحظة: قيمة الإزاحة [الخسارة] هي قيمة عكسية للوفرة.) تين. 2. حركية إزاحة هيستون H4 في محفزات جينات الصدمة الحرارية. تم إجراء تجربة كما هو الحال في الشكل 1 ، فيما عدا ChIPs تم إجراؤها باستخدام الأجسام المضادة لـ H4. تم استخدام سلالة تعبر عن نسخة ذات علامة myc من H4. (أ) إزاحة إجمالي H4 (الجسم المضاد للفطريات الفطرية). (ب) فقدان الأسيتيل H4 (الجسم المضاد لرباعي أسيتيل H4). (C) تغيير في نسبة H4 المؤستلة (AcH4) / نسبة H4 الإجمالية ، محسوبة من بيانات اللوحات A و B ، كما هو موصوف في وسيلة إيضاح الشكل 1. تين. 3. حركية إعادة تشكيل الكروماتين في HSP12 محفز في سلالات تعبر عن إصدارات مختلفة من HSF. يتم تمثيل البيانات في اللوحات A و B و C بنفس التنسيق كما في الشكل 1. تمثل الرسوم الكاريكاتورية الموجودة على اليسار خرائط تركيبات HSF المعبر عنها في سلالات الخميرة الأربعة المختلفة. ملاحظة: يمثل التعبير عن التركيبات المصدر الوحيد لـ HSF. تين. 4. حركية إعادة تشكيل الكروماتين في HSP82 محفز في سلالات تعبر عن إصدارات مختلفة من HSF. يتم تمثيل البيانات في اللوحات A و B و C بنفس التنسيق كما في الشكل 1. تين. 5. حركية إعادة تشكيل الكروماتين في SSA4 محفز في سلالات تعبر عن إصدارات مختلفة من HSF. يتم تمثيل البيانات في اللوحات A و B و C بنفس التنسيق كما في الشكل 1. تين. 6. تزداد وفرة HSF بشكل تفاضلي في محفزات جينات الصدمة الحرارية عند تغير درجة الحرارة. (أ) وفرة من HSF قبل صدمة الحرارة في المروجين المشار إليها. تم تطبيع إشارات PCR في الوقت الحقيقي للعينات غير المصابة PHO5 والمدخلات. (ب) تغيير وفرة HSF في HSP12 المروج خلال الدورة الزمنية للصدمة الحرارية بالنسبة لمستوى الصدمة غير الحرارية (0 ′) ، والذي تم ضبطه بشكل تعسفي عند 1. (C و D) نفس التجربة كما هو موضح في اللوحة B ، باستثناء أنه تم الحصول على الإشارات من أجل HSP82 و SSA4 المروجين ، على التوالي. تين. 7. حركية Pol II يتم تحميلها على محفزات جينات الصدمة الحرارية. يتم تمثيل البيانات في اللوحات من A إلى D بنفس تنسيق الشكل 6 ، باستثناء ذلك بدلاً من التطبيع مع PHO5 تم إجراء تطبيع المروج للمنطقة الجينية للكروموسوم الخامس (انظر المواد والطرق لتسلسل التمهيدي). تين. 8. لا يرتبط الإزاحة الدرامية للهيستون أثناء تنشيط جينات الصدمة الحرارية بشكل موحد باستلة هيستون H3 القوية. يمثل النموذج الجزيئي بشكل تخطيطي العمليات التفاضلية في محفزات جينات الصدمة الحرارية الثلاثة المدروسة أثناء تحريض النسخ. النيوكليوسومات المخصبة بـ H3 الأسيتيل في الحالة الوسيطة في HSP12 و HSP82 يتم تمثيل المروجين باللون الأرجواني. تظهر النيوكليوسومات مع H3 غير الأسيتيل باللون البني. يتم تمثيل HSF غير النشط في الحالة غير المستحثة باللون الأزرق ، ويتم عرض HSF المنشط باللون الأحمر. يتم تمثيل المستويات المتوسطة من HSF وتحميل Pol II بواسطة رسوم متحركة مصغرة للبروتينات المقابلة. يتم تمثيل إزاحة الهيستون بكمية متناقصة من النيوكليوسومات في الحالة الوسيطة. تمثل الرسوم الكاريكاتورية للحالة المتوسطة الموقف تقريبًا عند المروجين بعد دقيقتين من الصدمة الحرارية.

دعم المعلومات

S1 التين. تحليل مستوى بروتين أسيتيل ترانسفيراز.

تحليل اللطخة الغربية لـ p300 (A) و PCAF (B) في مقتطفات من الخلايا المعالجة بـ PJ34 لمدة 3 ساعات بالنسبة للخلايا غير المعالجة (NT). تشير الرسوم البيانية إلى مستوى البروتين p300 و PCAF ، الذي تم تطبيعه باستخدام α tubulin ، من الخلايا المعالجة بـ PJ34 لمدة 3 ساعات (أسود) بالنسبة إلى الخلايا غير المعالجة (NT ، رمادي). كانت الأجسام المضادة المستخدمة هي: الفئران أحادية النسيلة المضادة لـ KAT3B / p300 CT (ميليبور ، 05-257) ، والأرنب متعدد النسيلة المضاد لـ KAT2B / PCAF (abcam ، ab12188) ، والأجسام المضادة أحادية النسيلة المضادة لـ α (سانتا كروز التكنولوجيا الحيوية ، sc-53030) .

S2 التين. خريطة لشظايا المروج المستخدمة في فحوصات ChIP.

لكل جين يشار إلى TSS (موقع بدء النسخ) و ATG.

S3 التين. تحليل تعبير PARG.

(أ) qRT-PCR من بارغ مستوى mRNA من خلايا NIH3T3 المعالجة بـ PJ34 للأوقات المحددة ، نسبة إلى الخلايا غير المعالجة. تم تطبيع قيم mRNA إلى متوسط ​​التعبير عن جينات التدبير المنزلي ، جوسب و Hprt1. كانت مجسات Taqman: Mm00449466_m1 لـ بارغ، Mm00446956_m1 من أجل جوسبو Mm00446968_m1 من أجل Hprt1. تم وصف ظروف qRT-PCR في Ciccarone et al. ، Plos One 2008. تشير أشرطة الخطأ إلى الانحراف المعياري للبيانات التي تم الحصول عليها من ثلاث تجارب مستقلة. (ب) اللطخة الغربية لخلاصة الخلية الكاملة من نفس الخلايا كما في (أ) تعمل على 8٪ SDS-PAGE ، ويتم فحصها باستخدام anti-PARG (Santa Cruz sc-21480) ، أو anti-PAR ، أو anti-Tubulin الأجسام المضادة.

شكل S4 تحليل مستوى أسيتيل هيستون العالمي في خلايا L929 و N2a.

(أ) لطخة غربية لمستخلصات الخلية الكاملة من خلايا L929 المعالجة بالمثبط PJ34 (5 م) لمدة 3 ساعات بالنسبة للخلايا غير المعالجة (NT ، القيمة

1) ، يعمل على 15 ٪ SDS-PAGE ، ويتم فحصه باستخدام مضاد أسيتيل هيستون H3 أو مضاد للطرف C من الأجسام المضادة H3 لقياس المستوى النسبي لاستلة H3. تشير أشرطة الخطأ إلى الانحراف المعياري للبيانات التي تم الحصول عليها من التجارب المستقلة الثلاث.(ب) كما هو الحال في (أ) ولكن تم إجراء التهجين باستخدام مضاد أسيتيل هيستون H4 أو مضاد للطرف C من الأجسام المضادة لـ H4 لقياس المستوى النسبي لأسيتيل H4. (ج) تم تشغيل نفس المستخلصات المستخدمة في الألواح A و B على 8٪ SDS-PAGE وتم فحصها باستخدام الجسم المضاد لـ PAR لتصور مستوى بوليمرات ADP-ribose. اللوحات D و E و F: كما هو الحال في A و B و C على التوالي ولكن تم إجراء التحليل باستخدام مستخلصات خلية كاملة من خلايا الورم الأرومي العصبي N2a.

S5 الشكل. تحليل مستوى أسيتيل هيستون H3 العالمي عند الإفراط في التعبير عن CTCF.

(أ) لطخة غربية من البروتينات الكلية من الخلايا المنقولة بالناقل الفارغ (pCI) أو CTCF المؤتلف الموسوم (pCI-CTCF-His ، Guastafierro et al. ، J. Biol. Chem 2008) تعمل على 8٪ SDS-PAGE ، وتم فحصها باستخدام الجسم المضاد لـ PAR. (B) كما هو الحال في (A) ولكن تم إجراء التهجين باستخدام الجسم المضاد له لتصور CTCF ، ومع مضاد Lamin B1 ، كعنصر تحكم في تحميل البروتين. (C) تم تشغيل نفس المستخلصات المستخدمة في اللوحة A و B على 15٪ SDS-PAGE ، وتم فحصها باستخدام مضادات الأسيتيل هيستون H3 والطرف المضاد لـ C من الأجسام المضادة لـ H3.

الشكل S6: تحليل مستوى أسيتيل هيستون العالمي في وجود الغالوتانين.

(أ) لطخة غربية لمستخلصات خلية كاملة من خلايا NIH 3T3 المعالجة بمثبط PARG gallotannin (حمض التانيك ، Sigma) (30 م) للأوقات المحددة بالنسبة للخلايا غير المعالجة (NT) تعمل على 8 ٪ SDS-PAGE ، و تم فحصه باستخدام الجسم المضاد لـ PAR لتصور بوليمرات ADP-الريبوز. (ب) تم تشغيل نفس المقتطفات الموجودة في (A) على 15٪ SDS-PAGE وتم فحصها باستخدام مضادات الأسيتيل هيستون H3 أو الطرفية المضادة لـ C من الأجسام المضادة H3 لقياس المستوى النسبي لأسيتيل H3. (C) كما هو الحال في (B) ولكن تم إجراء التهجين باستخدام مضاد أسيتيل هيستون H4 أو مضاد للطرف C من الأجسام المضادة H4 لقياس المستوى النسبي لأسيتيل H4.


شاهد الفيديو: الهستون Histone? (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Elroy

    عبورك ، مجرد النعمة

  2. Vihn

    أردت أن ألقي نظرة أخرى ، لكن اللعنة .. لم يكن لدي وقت!

  3. Eyab

    إنه احتياطي

  4. Sagramour

    الجواب الدقيق



اكتب رسالة