
- •ЭПИГЕНЕТИКА – НАУКА О НАСЛЕДСТВЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ, НЕ СВЯЗАННЫХ С ИЗМЕНЕНИЕМ ПЕРВИЧНОЙ СТРУКТУРЫ ДНК
- •Почему клетки получаются разными, хотя все они
- •Эпигенетические механизмы играют ключевую роль в клеточной дифференцировке.
- •Эпигенетические механизмы контроля работы генома являются частью системы клеточной памяти, играющей
- •Большинство эпигенетических механизмов работает на уровне упаковки ДНК в хроматин
- •В интерфазном ядре ДНК упакована не единообразно. Существуют более компактные районы (гетерохроматин) и
- •Компактизация ДНК в ядре осуществляется при посредстве сложного
- •Вторичная структура всех нуклеосомных гистонов характеризуется присутствием протяженного альфа-спирального домена (histone fold), который
- •Structural Organization of the Core Histones
- •Белковое ядро нуклеосомы построено не из отдельных гистонов, а из их стабильных блоков.
- •Structure of the Nucleosome (1991)
- •В растворе существует равновесие между каноническими нуклеосомами и их частично разобранными вариантами
- •линкерный гистон замыкает витки ДНК на входе и выходе из нуклеосомы
- •Гистоны контактируют с фосфодиэфирным остовом молекулы ДНК. Контакты реализуются через каждые 10 пар
- •Прочность контактов ДНК с гистонами различается. Наиболее прочными являются взаимодействия в области двойной
- •Модификации гистонов в области центра симметрии (например Н3К122 Acet) существенно снижают стабильность нуклеосом
- •Модификации аминокислотных остатков, контактирующих с ДНК, прямо влияют на стабильность нуклеосом и их
- •Нуклеосомные частицы не являются вполне идентичными благодаря модификациям гистонов и наличию вариантных гостонов
- •ГИСТОНОВЫЙ КОД
- •Модификации могут прямо влиять на свойства нуклеосом, либо выполнять сигнальную функцию В конечном
- •лизин
- •ацетилирование гистонов
- •Убиквитинилирование и сумоилирование – присоединение к остаткам лизина коротких полиептидов (С-концевая аминокислота убиквитина
- •Poly-ADP ribosylation
- •N-terminal domains of nucleosomal histones are frequently modified (acethylated, methylated, phosphorylated or ubiquitinilated)
- •Модифицируются не только аминокислотные остатки в границах N(C)-концевых доменов, но и аминокислотные остатки
- •вариантные гистоны
- •Вариантные гистоны кодируются отдельными генами и включаются в нуклеосомы по независящему от репликации
- •A - аланин; S – серин; V – валин; M – метионин; I
- •«Основные» и «вариантные» формы гистонов кодируются разными генами
- •Amino acid sequences of human H2A variants.
- •Нуклеосомы, построенные
- •Промоторы, инсуляторы, энхансеры и другие регуляторные последовательности ДНК обычно располагаются в участках гиперчувствительности
- •H3.3 маркирует промоторы и энхансеры даже в том случае, когда ген не работает
- •CENP-A играет ключевую роль в формировании и функционировании центромер. Аналоги этого варианта гистона
- •Активный хроматин
- •У эукариот существует многоуровневая система контроля транскрипции
- •Эритроидные клетки, обработанные (после пермеабилизации) возрастающими количествами ДНКазы I
- •Сейчас вместо ДНКазы используют гиперактивную транспозазу Tn5 «загруженную» сиквенсовыми праймерами
- •Доменная гипотеза организации эукариотического генома
- •Предпочтительная чувствительность хроматина к нуклеазам контролируется ацетилированием гистонов
- •Области, характеризующиеся повышенным уровнем ацетилирования гистонов Н3 и Н4, в первом приближении совпадают
- •Chromatin assembled in vitro from freeDNA and hyperacetylated hystones possesses the properties of
- •В нуклеосомной частице существует много доступных для ацетилирования лизиновых остатков
- •Доступность для внешних агентов ДНК, организованной в хроматин, обеспечивается различными механизмами
- •Как упакована в ядре 10 nm нуклеосомная фибрилла?
- •A:diameter 30 nm;
- •Fig. 1. (a, b, and k) Soluble chromatin from chicken erythrocyte nuclei vitrified
- •Acetylation of the N-terminal domain of H4 (especially at K16)
- •Ацетилирование гистонов способствует разворачиванию 30 нм хроматиновой фибриллы
- •Routh et al., (2008) PNAS 105. 8872-8877
- •Канонической 30 нм фибриллы просто не существует. В ядре присутствует набор разнообразных компактных
- •Архитектурные белки хроматина способствуют образованию различных компактных структур
- •Подвижность нуклеосом в хроматине обеспечивает доступность даже при очень высоком уровне компактизации хроматина
- •Анализ подвижности флуоресцентных макромолекул (30 Кд, 90 Кд, 150 Кд) в интерфазном и
- •компъютерное моделирование показывает , что пентамер EGFP может двигаться практически свободно в интерфазном
- •анализ подвижности в интерфазном и метафазном хроматине индивидуальных нуклеосом, меченных фотоактивируемым EGFP, слитым
- •Как выделить транскрипционно-активную фракцию хроматина?
- •Ацетилирование гистонов не только препятствует компактной упаковке нуклеосомной нити, но и приводит и
- •Bazett-Jones DP, Mendez E, Czarnota GJ, Ottensmeyer FP, Allfrey VG.

Acetylation of the N-terminal domain of H4 (especially at K16)
results in unfolding of 30 nm fiber (due to a reduction of positive charge of the H4 N-terminal domain)
Substitution of H2A by H2A Bbd results in unfolding of 30 nm fiber (because of reduction of negative charge at the surphase of nucleosomal cores)

Ацетилирование гистонов способствует разворачиванию 30 нм хроматиновой фибриллы

Routh et al., (2008) PNAS 105. 8872-8877
При расстоянии между центрами нуклеосом ~ 200 пн присутствие H1 (H5) в стехиометрических количествах имеет ключевое значение для образования 30 нм фибриллы.
При этом олигонуклеосомный фрагмент должен быть достаточно длинным
При расстоянии между центрами нуклеосом ~165 пн ключевую роль в компактизации играют межнуклеосомные взаимодействия
6,1 нуклеосом на 11 нм |
11,2 нуклеосом на 11 нм |

N1

Канонической 30 нм фибриллы просто не существует. В ядре присутствует набор разнообразных компактных
хроматиновых фибрилл, толщина которых близка к 30 нм.


Архитектурные белки хроматина способствуют образованию различных компактных структур
oligonucleosomal array
24 particles 12 particles


Подвижность нуклеосом в хроматине обеспечивает доступность даже при очень высоком уровне компактизации хроматина (в метафазных хромосомах)