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H3K27me3

H3K27me3 es una modificación epigenética de la proteína empaquetadora del ADN, histona H3 . Es una marca que indica la trimetilación de la lisina 27 en la proteína histona H3.

Esta trimetilación está asociada con la regulación negativa de genes cercanos mediante la formación de regiones heterocromáticas . [1]

Nomenclatura

H3K27me3 indica trimetilación de la lisina 27 en la subunidad de la proteína histona H3:

Metilación de lisina

Este diagrama muestra la metilación progresiva de un residuo de lisina. La trimetilación denota la metilación presente en H3K27me3.

Comprender las modificaciones de las histonas

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 ve en H3K27me3. [2] [3]

Mecanismo y función de modificación.

La colocación de una marca represiva en la lisina 27 requiere el reclutamiento de reguladores de la cromatina por parte de factores de transcripción . Estos modificadores son complejos de modificación de histonas que modifican covalentemente las histonas para moverse alrededor de los nucleosomas y abrir la cromatina, o complejos de remodelación de la cromatina que implican el movimiento de los nucleosomas sin modificarlos directamente. [4] Estas marcas de histonas pueden servir como sitios de acoplamiento de otros coactivadores, como se ve con H3K27me3. Esto ocurre mediante el silenciamiento de genes mediado por Polycomb mediante metilación de histonas e interacciones de cromodominio. Un complejo represivo de Polycomb (PRC); PRC2 , media la trimetilación de la histona 3 en la lisina 27 a través de la actividad de la histona metil transferasa. [5] Esta marca puede reclutar PRC1 que se unirá y contribuirá a la compactación de la cromatina. [6]

El factor de transcripción inflamatorio NF-κB puede provocar la desmetilación de H3K27me3 a través de Jmjd3 . [7]

H3K27me3 está relacionado con la reparación de daños en el ADN , en particular la reparación de roturas de doble hebra mediante reparación recombinacional homóloga . [8]

Relación con otras modificaciones

El H3K27 puede sufrir una variedad de otras modificaciones. Puede existir en estados mono y dimetilados. Las funciones de estas modificaciones respectivas no están tan bien caracterizadas como las de la trimetilación. Sin embargo, se cree que PRC2 está implicado en todas las diferentes metilaciones asociadas con H3K27me.

H3K27me1 está relacionado con la promoción de la transcripción y se observa que se acumula en los genes transcritos. Las interacciones histona-histona juegan un papel en este proceso. La regulación se produce mediante la deposición de H3K36me3 dependiente de Setd2 . [9]

H3K27me2 se distribuye ampliamente dentro de la histona central H3 y se cree que desempeña un papel protector al inhibir potenciadores no específicos de tipo celular. En última instancia, esto conduce a la inactivación de la transcripción. [10]

La acetilación suele estar relacionada con la regulación positiva de genes. Este es el caso de H3K27ac , que es una marca potenciadora activa. Se encuentra en las regiones distales y proximales de los genes. Está enriquecido en sitios de inicio transcripcional (TSS). H3K27ac comparte ubicación con H3K27me3 e interactúan de manera antagónica.

A menudo se ve que H3K27me3 interactúa con H3K4me3 en dominios bivalentes. [11] Estos dominios generalmente se encuentran en las células madre embrionarias y son fundamentales para la diferenciación celular adecuada. H3K27me3 y H3K4me3 determinan si una célula permanecerá sin especificar o eventualmente se diferenciará. [12] [13] El gen Grb10 en ratones hace uso de estos dominios bivalentes. Grb10 muestra expresión genética impresa. Los genes se expresan a partir de un alelo parental y al mismo tiempo se silencian en el otro alelo parental. [14] La desmetilación de H3K27me3 puede conducir a una regulación positiva de los genes que controlan el fenotipo secretor asociado a la senescencia (SASP). [7]

Otras modificaciones bien caracterizadas son H3K9me3 y H4K20me 3 que, al igual que H3K27me3, están relacionadas con la represión transcripcional mediante la formación de regiones heterocromáticas. Las monometilaciones de H3K27, H3K9 y H4K20 están asociadas con la activación genética. [15]

Implicaciones epigenéticas

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. [16] La comprensión e interpretación actuales de las histonas proviene de dos proyectos a gran escala: ENCODE y la hoja de ruta epigenómica. [17] 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. [18] También se describieron diferentes etapas de desarrollo en Drosophila y se puso énfasis en la relevancia de la modificación de histonas. [19] Una mirada a los datos obtenidos condujo a la definición de los estados de la cromatina basados ​​en las modificaciones de las histonas. [20] Se mapearon ciertas modificaciones y se observó que el enriquecimiento se localizaba en ciertas regiones genómicas. Se encontraron cinco modificaciones centrales de histonas y cada una de ellas estaba vinculada a diversas funciones celulares.

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. [21]

La relación causa-efecto entre las marcas de histonas transmitidas por los espermatozoides y la expresión y el desarrollo de genes se da en la descendencia y en los nietos. [22]

Significación clínica

Se cree que H3K27me3 está implicado en algunas enfermedades debido a su regulación como marca represiva.

Síndrome de Cohen-Gibson

El síndrome de Cohen-Gibson es un trastorno relacionado con el crecimiento excesivo y se caracteriza por rasgos faciales dismórficos y discapacidad intelectual variable. En algunos casos, una mutación sin sentido de novo en EED se asoció con niveles reducidos de H3K27me3 en comparación con el tipo salvaje . Esta disminución estuvo relacionada con la pérdida de actividad de PRC2. [23]

Glioma difuso de línea media

Comparación inmunohistoquímica de DMG con sobreexpresión de EHZIP (arriba) con DMG con mutación H3K27M (abajo). La pérdida de M3K27me3 (izquierda) es visible en ambas muestras, mientras que H3K27M (centro) y EZHIP (derecha) solo se tiñen en una de las muestras, respectivamente.

El glioma difuso de la línea media, H3K27me3 alterado (DMG), también conocido como glioma pontino intrínseco difuso (DIPG), es un tipo de tumor cerebral altamente agresivo que se encuentra principalmente en niños. Todos los DMG presentan pérdida de H3K27me3, en aproximadamente el 80 % de los casos debido a una mutación genética que reemplaza la lisina con metionina (M), conocida como H3K27M. En formas raras, la pérdida de H3Kme3 está mediada por la sobreexpresión de la proteína inhibidora de EZH, lo que disminuye la actividad de PRC2. [24]

Trastornos del espectro

Existe evidencia que implica que la regulación negativa de la expresión de H3K27me3 junto con la expresión diferencial de H3K4me3 Y la metilación del ADN puede desempeñar un factor en el trastorno del espectro alcohólico fetal (FASD) en ratones C57BL/6J. Se cree que este código de histonas afecta la vía asociada a los peroxisomas e induce la pérdida de los peroxisomas para mejorar el estrés oxidativo. [25]

Métodos

La marca de histona H3K27me3 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. [26]

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. [27]

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. [28] [29] [30]

Ver también

Referencias

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