H3K9me3 представляет собой эпигенетическую модификацию белка, упаковывающего ДНК , гистона H3 . Это метка, которая указывает на триметилирование 9-го остатка лизина белка гистона H3 и часто связана с гетерохроматином .
H3K9me3 указывает на триметилирование лизина 9 на субъединице белка гистона H3: [1]
На этой диаграмме показано прогрессивное метилирование остатка лизина. Триметилирование означает метилирование, присутствующее в H3K9me3.
Геномная ДНК эукариотических клеток обернута вокруг специальных белковых молекул, известных как гистоны . Комплексы, образующиеся в результате закольцовывания ДНК, известны как хроматин . Основной структурной единицей хроматина является нуклеосома : она состоит из основного октамера гистонов (H2A, H2B, H3 и H4), а также линкерного гистона и около 180 пар оснований ДНК. Эти коровые гистоны богаты остатками лизина и аргинина. Карбоксильный (C) конец этих гистонов способствует взаимодействиям гистонов с гистонами, а также взаимодействиям гистонов с ДНК. Заряженные амино(N)-концевые хвосты являются местом посттрансляционных модификаций, таких как та, которая наблюдается у H3K9me3. [2] [3]
Посттрансляционная модификация хвостов гистонов либо с помощью комплексов, модифицирующих гистоны, либо комплексов, ремоделирующих хроматин, интерпретируется клеткой и приводит к сложному комбинаторному результату транскрипции. Считается, что код гистонов диктует экспрессию генов посредством сложного взаимодействия между гистонами в определенной области. [4] Текущее понимание и интерпретация гистонов основаны на двух крупномасштабных проектах: ENCODE и Epigenomic Roadmap. [5] Целью эпигеномного исследования было изучение эпигенетических изменений по всему геному. Это привело к состояниям хроматина, которые определяют геномные области путем группировки взаимодействий различных белков и/или модификаций гистонов вместе. Состояние хроматина исследовали в клетках дрозофилы путем изучения места связывания белков в геноме. Использование ChIP-секвенирования позволило выявить участки генома, характеризующиеся различной полосообразностью. [6] У дрозофилы также были профилированы различные стадии развития, акцент был сделан на значимости модификаций гистонов. [7] Анализ полученных данных привел к определению состояний хроматина на основе модификаций гистонов. [8] Определенные модификации были картированы, и было замечено, что обогащение локализуется в определенных геномных регионах. Было обнаружено пять основных модификаций гистонов, каждая из которых связана с различными функциями клетки.
Геном человека был аннотирован состояниями хроматина. Эти аннотированные состояния можно использовать как новые способы аннотирования генома независимо от базовой последовательности генома. Эта независимость от последовательности ДНК подтверждает эпигенетическую природу модификаций гистонов. Состояния хроматина также полезны для идентификации регуляторных элементов, не имеющих определенной последовательности, таких как энхансеры. Этот дополнительный уровень аннотации позволяет глубже понять регуляцию генов, специфичных для клеток. [9]
Гетерохроматин, маркированный H3K9me3, играет ключевую роль в эмбриональных стволовых клетках в начале органогенеза во время детерминации линии, а также играет роль в поддержании верности линии. [10]
Гистоновую метку можно обнаружить разными способами:
1. Секвенирование иммунопреципитации хроматина ( ChIP-секвенирование ) измеряет количество обогащенной ДНК после того, как она связалась с целевым белком и подверглась иммунопреципитации. Это приводит к хорошей оптимизации и используется in vivo для выявления связывания ДНК с белками, происходящего в клетках. ChIP-Seq можно использовать для идентификации и количественной оценки различных фрагментов ДНК для различных модификаций гистонов в геномной области. [11]
2. Секвенирование микрококковой нуклеазы ( MNase-seq ) используется для исследования областей, которые связаны хорошо расположенными нуклеосомами. Для определения положения нуклеосом используют фермент микрококковой нуклеазы. Видно, что хорошо расположенные нуклеосомы имеют обогащение последовательностей. [12]
3. Анализ секвенирования доступного транспозазы хроматина ( ATAC-seq ) используется для поиска областей, свободных от нуклеосом (открытый хроматин). Он использует гиперактивный транспозон Tn5 для выделения локализации нуклеосом. [13] [14] [15]