H4K20me es una modificación epigenética de la proteína empaquetadora del ADN, Histona H4 . Es una marca que indica la monometilación en el vigésimo residuo de lisina de la proteína histona H4. Esta marca puede estar dimetilada y trimetilada. Es fundamental para la integridad del genoma, incluida la reparación de daños en el ADN, la replicación del ADN y la compactación de la cromatina.
H4K20me2 es el estado de metilación más común en la histona H4 y fue uno de los primeros residuos de histonas modificadas identificados en extractos de guisantes y terneros en 1969. También es el único residuo de lisina metilado identificado en la histona H4. [1]
Cada grado de metilación en H4K20 tiene un proceso celular muy diferente. La pérdida de H4K20me3 junto con una reducción de H4K16ac es un fuerte indicador de cáncer.
H4K20me indica monometilación de lisina 20 en la subunidad proteica de histona H4: [2]
Este diagrama muestra la metilación progresiva de un residuo de lisina. La monometilación denota la metilación presente en H4K20me. [3]
H4K20me existe en tres estados distintos: mono, di y trimetilación. [3]
H4K20me1 está asociado con la activación transcripcional. [4]
H4K20me2 es similar a H4K20me1 pero tiene una distribución diferente y esta dimetilación controla el ciclo celular y la respuesta al daño del ADN. [4] [5]
H4K20me3 es muy diferente. H4K20me3 reprime la transcripción cuando está presente en los promotores. H4K20me3 también silencia el ADN y los transposones repetitivos. La pérdida de H4K20me3 define el cáncer junto con una reducción de H4K16ac. [4] [6]
H4K20me3 está involucrado en el síndrome de Hutchinson-Gilford Progeria , donde los pacientes tienen un envejecimiento prematuro y muy rápido causado por mutaciones de novo que ocurren en un gen que codifica la lámina A. Lamin A se fabrica pero no se procesa adecuadamente. Este procesamiento deficiente crea una morfología nuclear realmente anormal y una heterocromatina desorganizada . Los pacientes tampoco tienen una reparación adecuada del ADN y también tienen una mayor inestabilidad genómica. [7]
La pérdida de la marca represiva H4K20me3 define el cáncer junto con una reducción de la marca activadora H4K16ac. No está claro cómo la pérdida de una marca represiva y activadora es un indicador de cáncer. [6] No está claro exactamente cómo, pero esta reducción ocurre en secuencias repetitivas junto con una reducción general de la metilación del ADN. [8]
El ADN genómico de las células eucariotas está envuelto alrededor de moléculas proteicas especiales conocidas como histonas . Los complejos formados por el bucle del ADN se conocen como cromatina . La unidad estructural básica de la cromatina es el nucleosoma : está formado por el octámero central de histonas (H2A, H2B, H3 y H4), así como por una histona conectora y unos 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 del terminal amino (N) son el sitio de las modificaciones postraduccionales, como la que se observa en H3K36me3 . [9] [10]
La modificación postraduccional de las colas de histonas mediante complejos modificadores de histonas o complejos remodeladores de cromatina es interpretada por la célula y conduce a una salida transcripcional combinatoria compleja. Se cree que un código de histonas dicta la expresión de genes mediante una interacción compleja entre las histonas en una región particular. [11] La comprensión e interpretación actuales de las histonas proviene de dos proyectos a gran escala: ENCODE y la hoja de ruta epigenómica. [12] 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. Se investigaron los estados de cromatina en células de Drosophila observando la ubicación de unión de las proteínas en el genoma. El uso de la secuenciación ChIP reveló regiones del genoma caracterizadas por diferentes bandas. [13] También se describieron diferentes etapas de desarrollo en Drosophila y se puso énfasis en la relevancia de la modificación de las histonas. [14] Una mirada a los datos obtenidos condujo a la definición de los estados de la cromatina basados en las modificaciones de las histonas. [15]
El genoma humano fue anotado con estados de cromatina. Estos estados anotados se pueden utilizar como nuevas formas de anotar un genoma independientemente de la secuencia del genoma 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 genética específica de cada célula. [dieciséis]
H4K20 fue uno de los primeros residuos de histonas modificadas identificados en extractos de guisantes y terneros en 1969. [1]
H4K20me es importante para la reparación de daños en el ADN, la replicación del ADN y la compactación de la cromatina. [3]
Hay un conjunto de histonas metiltransferasas específicas de H4K20 (SET8/PR-Set7, SUV4-20H1 y SUV4-20H2). Sin estas enzimas se produce una alteración de la inestabilidad genómica. [3]
La marca de histona H4K20me se puede detectar de diversas formas:
1. La secuenciación por inmunoprecipitación de cromatina ( secuenciación ChIP ) mide la cantidad de enriquecimiento del ADN una vez unido a una proteína objetivo e inmunoprecipitado. Da como resultado una buena optimización y se utiliza in vivo para revelar la unión entre ADN y proteínas que se produce 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 nucleasas microcócicas (MNase-seq) se utiliza para investigar regiones que están unidas por nucleosomas bien posicionados. Se emplea la enzima nucleasa microcócica para identificar la posición de los nucleosomas. Se observa que los nucleosomas bien posicionados tienen enriquecimiento de secuencias. [18]
3. El ensayo de secuenciación de cromatina accesible por transposasa (ATAC-seq) se utiliza para buscar regiones que están libres de nucleosomas (cromatina abierta). Utiliza el transposón Tn5 hiperactivo para resaltar la localización del nucleosoma. [19] [20] [21]