H3K4me1 es una modificación epigenética de la proteína de empaquetamiento de ADN Histona H3 . Es una marca que indica la monometilación en el cuarto residuo de lisina de la proteína histona H3 y que a menudo se asocia con potenciadores genéticos .
H3K4me1 indica monometilación de la lisina 4 en la subunidad de la proteína histona H3: [1]
Este diagrama muestra la metilación progresiva de un residuo de lisina. La monometilación (segunda desde la izquierda) indica la metilación presente en H3K4me1.
El ADN genómico de las células eucariotas está envuelto alrededor de moléculas proteicas especiales conocidas como histonas . Los complejos formados por el enroscamiento del ADN se conocen como cromatina . La unidad estructural básica de la cromatina es el nucleosoma : éste consiste en el octámero central de histonas (H2A, H2B, H3 y H4), así como una histona de enlace y alrededor de 180 pares de bases de ADN. Estas histonas centrales son ricas en residuos de lisina y arginina. El extremo carboxilo (C) terminal de estas histonas contribuye a las interacciones histona-histona, así como a las interacciones histona-ADN. Las colas cargadas amino (N) terminales son el sitio de las modificaciones postraduccionales, como la observada en H3K4me1. [2] [3]
La H3K4me1 se enriquece con potenciadores activos y preparados. [4] Los potenciadores transcripcionales controlan la expresión génica de identidad celular y son importantes para la identidad celular. Los potenciadores son preparados por la histona H3K4 mono-/di-metiltransferasa MLL4 y luego son activados por la histona H3K27 acetiltransferasa p300 . [5] La H3K4me1 ajusta la actividad y la función del potenciador en lugar de controlarlo. [4] La H3K4me1 es inactivada por KMT2C (MLL3) y KMT2D (MLL4) [6]
LSD1 y el LSD2/KDM1B relacionado desmetilan H3K4me1 y H3K4me2. [7]
Las marcas asociadas con la transcripción genética activa, como H3K4me1 y H3K9me1, tienen vidas medias muy cortas. [8]
H3K4me1 con MLL3/4 también puede actuar en promotores y reprimir genes. [8]
H3K4me1 es una firma de cromatina de potenciadores, H3K4me2 es más alta hacia el extremo 5′ de los genes que se transcriben y H3K4me3 está altamente enriquecida en promotores y en genes equilibrados. H3K27me3 , H4K20me1 y H3K4me1 silencian la transcripción en fibroblastos embrionarios, macrófagos y células madre embrionarias humanas (ESC). [7]
Los potenciadores que tienen dos marcas opuestas, como la marca activa H3K4me1 y la marca represiva H3K27me3, al mismo tiempo se denominan bivalentes o equilibrados. Estos potenciadores bivalentes se convierten y se enriquecen con H3K4me1 y H3K27 acetilado ( H3K27ac ) después de la diferenciación. [8]
La modificación postraduccional de las colas de histonas, ya sea por complejos modificadores de histonas o complejos remodeladores de cromatina, es interpretada por la célula y conduce a un resultado transcripcional combinatorio complejo. Se cree que un código de histonas dicta la expresión de genes mediante una interacción compleja entre las histonas en una región particular. [9] La comprensión e interpretación actuales de las histonas proviene de dos proyectos a gran escala: ENCODE y Epigenomic roadmap. [10] El propósito del estudio epigenómico fue investigar los cambios epigenéticos en todo el genoma. Esto condujo a estados de cromatina que definen regiones genómicas agrupando las interacciones de diferentes proteínas y/o modificaciones de histonas. Los estados de cromatina se investigaron en células de Drosophila observando la ubicación de unión de las proteínas en el genoma. El uso de la secuenciación ChIP reveló regiones en el genoma caracterizadas por diferentes bandas. [11] También se perfilaron diferentes etapas de desarrollo en Drosophila, y se hizo hincapié en la relevancia de la modificación de histonas. [12] Una mirada a los datos obtenidos condujo a la definición de estados de cromatina basados en modificaciones de histonas. [13] Se mapearon ciertas modificaciones y se observó que el enriquecimiento se localizaba en ciertas regiones genómicas. Se encontraron cinco modificaciones de histonas centrales y cada una de ellas estaba vinculada a varias funciones celulares.
El genoma humano fue anotado con estados de cromatina. Estos estados anotados pueden usarse como nuevas formas de anotar un genoma independientemente de la secuencia genómica subyacente. Esta independencia de la secuencia de ADN refuerza la naturaleza epigenética de las modificaciones de las histonas. Los estados de cromatina también son útiles para identificar elementos reguladores que no tienen una secuencia definida, como los potenciadores. Este nivel adicional de anotación permite una comprensión más profunda de la regulación génica específica de las células. [14]
La supresión de la mono y di-desmetilasa H3K4 LSD-1 podría prolongar la vida útil en varias especies. [15]
La H3K4me permite la unión de MDB y aumenta la actividad de DNMT1 , lo que podría dar lugar al fenotipo metilador de isla CpG (CIMP). El CIMP es un tipo de cáncer colorrectal causado por la inactivación de muchos genes supresores de tumores a partir de efectos epigenéticos. [16]
La marca de histona H3K4me1 se puede detectar de diversas maneras:
1. La secuenciación por inmunoprecipitación de cromatina ( ChIP-sequencing ) mide la cantidad de enriquecimiento de ADN una vez que se une a una proteína específica y se inmunoprecipita . Produce una buena optimización y se utiliza in vivo para revelar la unión de ADN y proteína que ocurre en las células. ChIP-Seq se puede utilizar para identificar y cuantificar varios fragmentos de ADN para diferentes modificaciones de histonas a lo largo de una región genómica. [17]
2. La secuenciación de la nucleasa microcócica ( MNase-seq ) se utiliza para investigar las regiones que están unidas por nucleosomas bien posicionados. El uso de la enzima nucleasa microcócica se emplea para identificar la posición de los nucleosomas. Se observa que los nucleosomas bien posicionados tienen un enriquecimiento de secuencias. [18]
3. El ensayo de secuenciación de cromatina accesible a la transposasa ( ATAC-seq ) se utiliza para buscar regiones que no tienen nucleosomas (cromatina abierta). Utiliza el transposón Tn5 hiperactivo para resaltar la localización del nucleosoma. [19] [20] [21]