Среди активаторных гистонов есть форма H3, украшенная в определенном месте (определяемая как H3K4) тремя метильными группами (известными как «H3K4me3»). Исследователи ранее знали, что присутствие H2B, демонстрирующего единственную молекулу убиквитина, стимулировало метилазу, которая модифицирует H3K4, тем самым увеличивая уровни H3K4me3. Но как активность метилазы была направлена на соответствующие мишени, оставалось неясным.
Теперь, используя методы биохимического, структурного и глобального секвенирования, исследователи из лаборатории Али Шилатифарда, доктора философии, исследователя из Института медицинских исследований Стоуэрса, раскрывают непредвиденный механизм, лежащий в основе триметилирования H3K4. Их исследование, опубликованное в выпуске журнала Genes от 15 января 2014 г. Развитие объясняет, почему H3K4me3 откладывается рядом с промотором гена-мишени, а не случайно по всему гену. Это открытие важно, потому что мутации в человеческом гене, кодирующем метилазу, ответственную за H3K4me3, связаны с лейкемиями у детей, среди других злокачественных новообразований.
Работа также показывает, как новые мощные методологии секвенирования генома влияют на всю молекулярную биологию, включая исследования рака. «Здесь мы показываем, что нельзя полагаться на методы, которые просто измеряют общий объемный уровень H3K4me3 in vitro», — говорит Шилатифард. «Только полногеномное секвенирование могло показать, что триметилирование H3K4 было промотор-специфичным у немутантных дрожжей».Это означает, что многие предположения об экспрессии генов могут потребовать повторной проверки с использованием подходов следующего поколения. «Старые технологии были похожи на наблюдение только одного региона Земли с удаленного телескопа в космосе и последующие предположения о том, как выглядела вся Земля», — говорит Шилатифард. «Благодаря новым технологиям мы теперь можем видеть всю планету».Рассматриваемая метилаза, названная SET1 у дрожжей и MLL у млекопитающих, является частью белкового агрегата, названного COMPASS, для COMplex of Proteins ASsociated с Set1.
Шилатифард был первым, кто определил роль COMPASS в модификации хроматина. «Более десяти лет назад наша лаборатория использовала дрожжи, чтобы показать, что COMPASS представляет собой метилазу H3», — говорит он. «Поскольку эти фундаментальные системы очень консервативны от дрожжей до дрозофилы и человека, мы воспользовались огромной силой генетики дрожжей, чтобы определить, что регулирует активность метилирования H3K4».Часть статьи касается регуляции SET1 / MLL с помощью различных белков в дрожжевом COMPASS.
Исследователи знали, что если вы отрежете более половины переднего конца SET1, уровни связанного с ДНК триметилированного H3K4 в клетках, несущих оставшуюся «заглушку», будут равны таковым в клетках, содержащих полноразмерный белок, при анализе в массе. Это привело некоторых к предположению, что весь передний конец SET1 / MLL, а также факторы, которые с ним взаимодействуют, не должны быть необходимы для регуляции активности H3K4me3.Новый документ показывает, что это предположение было неверным. Команда Shilatifard впервые применила биохимические методы для захвата каждого фрагмента ДНК, связанного с H3K4me3 в геноме дрожжей, несущих либо полноразмерный SET1, либо заглушку без переднего конца.
Затем они секвенировали все эти фрагменты ДНК и картировали их положение в геноме дрожжей.Примечательно, что они обнаружили, что, хотя уровни H3K4me3 в массе были эквивалентны в нормальных и мутантных клетках, H3K4me3 был по-разному распределен по геному: в нормальных клетках комплексы H3K4me3 располагались в основном на участках ДНК, которые включают или выключают соседние гены, контрольные области, называемые промоторами. . Напротив, ДНК клеток, несущих заглушку, обнаруживает ДНК-связывающие комплексы H3K4me3 в середине или между генами.Эти открытия в сочетании с другими открытиями требуют переинтерпретации данных, предполагающих, что заглушка — это все, что вам нужно для триметилирования H3K4.
Вместо этого новая работа показывает, что факторы COMPASS, которые связываются с передним концом SET1 / MLL, ограничивают отложение H3K4me3 в правильных геномных сайтах (то есть в промоторных областях), в то время как факторы, связывающие заглушку SET1 / MLL, увеличивают половину белка. жизнь. Это частично объясняет более ранние ошибочные интерпретации: высокостабильные заглушки SET1 «беспорядочно» метилировали неправильные части генома, когда регуляторный передний конец белка отсутствовал. В документе также рассматривается, как механизмы модификации убиквитина H2B стимулируют весь процесс.
Понимание регуляции COMPASS важно, поскольку гены, кодирующие факторы в комплексе, являются мутантными при многих раковых заболеваниях. Например, хромосомные транслокации с участием гена, кодирующего один белок MLL, часто встречаются при лейкозах человека, отсюда и обозначение MLL, что означает белок лейкемии смешанного происхождения.
Другие белки MLL активно участвуют в качестве супрессоров опухолей при раковых заболеваниях человека, таких как лимфома и опухоли головного мозга у детей.