La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Geni istonici replicativi: espressi in maniera coordinata in fase S Varianti istoniche di sostituzione: prodotte in maniera variabile durante tutto il.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Geni istonici replicativi: espressi in maniera coordinata in fase S Varianti istoniche di sostituzione: prodotte in maniera variabile durante tutto il."— Transcript della presentazione:

1 Geni istonici replicativi: espressi in maniera coordinata in fase S Varianti istoniche di sostituzione: prodotte in maniera variabile durante tutto il ciclo cellulare; hanno caratteristiche specifiche che li distinguono dagli istoni replicativi e hanno un forte impatto sulle funzioni cellulari.

2 VARIANTI ISTONICHE S viene fosforilata in seguito a danni al DNA §: differenze in questo loop prevengono lassemblaggio di un nuc. contenente H2A e H2A.Z #: questo dominio contatta (H3-H4) 2 e variazioni qui influenzano la stabilità del nucleosoma. § # Le varianti istoniche sono coinvolte in vari processi, sia nella espressione genica, sia nella riparazione del DNA, sia nella costruzione di strutture eterocromatiche.

3 VARIANTI DI H3 Le principali varianti di H3 nei mammiferi sono: Varianti replicative: H3.1 e H3.2 deposti durante la fase S Varianti di sostituzione: 1.H3.3: ruolo positivo nella trascrizione. Blocca lespansione delleterocromatina 2.CENP-A: Specifico per la cromatina centromerica Si accumulano durante tutto il ciclo cellulare nelle regioni molto trascritte come ad esempio il cluster dei geni ribosomali Varianti di H3 sono state trovate anche in altri organismi come Drosophila, Xenopus, Caenorabditis elegans, piante ecc.

4 Le varianti H3.1 e H3.3 hanno anche proprietà di assemblaggio diverse Chaperone di H3.1 = CAF-1 Chaperone di H3.3 = HIRA Le due diverse chaperone supportano rispettivamente lassemblaggio replicativo (RC) e lassemblaggio indipendente dalla replicazione (RI). Sia il complesso HIRA che la subunità RbAp48 di CAF-1 hanno dei domini WD-40 ripetuti che sono noti interagire con il dimero H3-H4; Analogamente ASF-1 mostra preferenza di legame con il dimero H3-H4; Questo suggerisce che queste caratteristiche condivise riflettano il coinvolgimento nello stesso pathway di assemblaggio.

5 Nonostante la stabilità del nucleosoma e dellalto grado di compattezza nel nucleo la cromatina è sorprendentemente dinamica. Esistono vari modi di modificare la cromatina e rispondere alle necessità della cellula di regolare i processi biologici dallespressione genica, alla riparazione del DNA, alla replicazione e ricombinazione. 1)Uso di varianti istoniche, in particolare varianti di H2A e H3. 2)Modificazioni epigenetiche degli istoni: acetilazione, metilazione ed altre. 3)Uso di sistemi di rimodellamento che cambiano la stabilità e/o la posizione del nucleosoma. Dinamicità della cromatina

6 H3 H2A H4 H2B R2K4K9S10K14R17K18K23R26K27S28 MetilazioneAcetilazioneFosforilazione Modificazioni covalenti delle code ammino-terminali Poly-ADP ribosilazione S1R3K5K8K12K16K20 Ubiquitinazione K9K5K119 K79 S1E3K12K15K20K24 K120

7 Acetilazione: implicata nella regolazione dellespressione genica. Interessa le LISINE (K). Metilazione: associata a differenti funzioni cromatiniche e alla regolazione della trascrizione. Interessa le ARGININE e le LISINE (R e K). Fosforilazione: coinvolta nella regolazione della trascrizione, nei processi di riparo del DNA e nella condensazione cromosomica durante la mitosi. Interessa le SERINE (S). Ubiquitinazione: critica per i processi di mitosi e di meiosi. Interessa le LISINE (K). poli(ADP)Ribosilazione: associata a varie funzioni cromatiniche (condensazione e decondensazione), principalmente al rilevamento di danni al DNA, ma anche ad altre funzioni genomiche. Interessa le GLUTAMINE (E). Tipi di modificazione istoniche

8 Conseguenze funzionali delle modificazioni istoniche Le modificazioni non influenzano la stabilità del core nucleosomale, ma alterano solamente la carica elettrostatica delle code N-terminali. Ciò modifica le proprietà strutturali dellistone o il suo legame al DNA. Si crea un meccanismo che altera la struttura della cromatina, la cui conseguenza è una modificazione dello stato trascrizionale (on-off) oppure la definizione di strutture cromosomali di ordine superiore. Modificazioni transitorie e quindi reversibili.

9 B) Le modificazioni covalenti creano siti di legame per particolari domini proteici reclutando così specifici complessi di proteine associate alla cromatina. A) Tutte le modificazioni vengono effettuate da COMPLESSI ENZIMATICI ad esse dedicati. La delezione dei geni codificanti tali enzimi è di solito letale. Sia i complessi enzimatici che modificano gli istoni sia i fattori che interagiscono con le modificazioni sono stati identificati come MODIFICATORI di PEV Gruppo Su(var), soppressori Deacetilasi istoniche (HDACs) Fosfatasi proteiche (PPTs) S-adenosilmetionina sintetasi (SAM) HP1 [Su(var)2-5] Gruppo E(var), intensificatori Presenti in vari complessi di rimodellamento della cromatina ATP-dipendenti: Swi/Snf brahma questi aumentano la mobilità nucleosomale

10 Su(var) ed E(var) CONTENGONO PARTICOLARI DOMINI PROTEICI Bromodominio: SNF2 TAFII250 HRX/M11 (gruppo TRX nel mammifero; interagisce con complessi di rimodellamento) Dominio SET: Su(var)3-9 E(z) (gruppo Pc; ha anche attività di Acetilasi istonica) Tritorax Cromodominio: Polycomb HP1

11 Residui acetilati interagiscono con il Bromodominio Residui metilati interagiscono con il Cromodominio

12 LACETILAZIONE Nel 1964 Allfrey scoprì lesistenza di istoni acetilati o deacetilati e ipotizzò un loro ruolo nella regolazione genica. Nel 1996 venne identificata e purificata la prima acetiltrasferasi istonica (HAT: Histone Acetyl-Transferase). Oggi il numero di acetilasi e deacetilasi istoniche si è ampliato notevolmente H3 H2A H4 H2B K9K14K18K23K27 K12K15K20K24 K9K5 K8K12K16

13 RUOLO DELLACETILAZIONE ISTONICA Decondensa la fibra da 30nm Favorisce laccesso dei fattori di trascrizione sulla cromatina Agisce come segnale per il legame di proteine non istoniche HDAC HAT

14 METILAZIONE Sono state identificate metilasi specifiche per alcuni residui di lisina: Drosophila: Su(var)3-9 S.pombe: Clr4 Human: SUV39H1 Lattività metilasica è espletata dal dominio SET di questi enzimi ed è specifica per H3K9. Anche altri residui possono essere metilati (a carico di altre metilasi). H3metK9 viene riconosciuta dalla proteina HP1 attraverso il suo cromodominio. Non è stata identificata, invece, alcuna attività metilasica per i domini SET contenuti in PcG e Trx H3 H4 R2K4K9S10K14R17K18K23R26K27S28 S1R3K5K8K12K16K20

15 Esiste un legame tra funzione Su(var), silenziamento genico e assemblaggio delleterocromatina E(var) e Trx inseriscono segnali eucromatici e destabilizzano o degradano limprint eterocromatico Su(var) e PcG favoriscono laggiunta di segnali eterocromatici e rimuovono segnali eucromatici RUOLO DELLA METILAZIONE

16 IL CODICE ISTONICO Quasi sempre le modificazioni istoniche sono evidenziabili in combinazione. La natura combinatoriale delle modificazioni istoniche rivela lesistenza di una sorta di CODICE ISTONICO (histone code) che impone le caratteristiche regolative di un gene, estendendo linformazione potenziale del codice genetico. Questi stati epigenetici devono essere stabiliti, mantenuti ed ereditati attraverso mitosi e meiosi (MEMORIA CELLULARE). Il fenotipo è però sempre VARIEGATO, poiché possono avvenire repentini cambiamenti di stato.

17 Modificazioni sullo stesso e/o su differenti istoni possono essere interdipendenti e generare varie combinazioni su qualunque nucleosoma Distinte modificazioni delle code istoniche inducono interazioni con diverse proteine associate alla cromatina: Le regole del codice istonico

18 Diversi tipi di struttura di ordine superiore dipendono dalla concentrazione locale e dalla combinazione di nucleosomi modificati differenzialmente In pratica le modificazioni istoniche servono a definire particolari stati della cromatina.

19 Le modificazioni istoniche alterano la struttura della cromatina, determinando uno stato on-off della trascrizione. Condensazione mitotica Eterocromatina Diverse combinazioni riscontrate su geni attivati

20 La modificazione di un residuo influenza quella di un altro residuo sullo stesso istone o su un altro dello stesso nucleosoma. Linterazione può essere SINERGICA: pH3S10 favorisce AcH3K9 e/o K14 durante la stimolazione ormonale in cellule di mammifero; oppure ANTAGONISTICA: pH3S10 inibisce metH3K9 Su H4 si hanno situazioni analoghe.

21 MODIFICAZIONI DELLE VARIANTI ISTONICHE NUCLEOSOMALI DI H3 Nella pianta alfalfa si è visto che H3.3 è circa due volte più acetilato che listone H3 (variante replicativa) Dato confermato anche in Drosophila e mammifero H3.3 è arricchito in regioni altamente trascritte e contiene modificazioni associate alla trascrizione: metH3K4; metH3K36; AcH3K9,14,18,23

22 La situazione può essere ancora più complessa combinazione di varianti istoniche e PTM può definire il destino di regioni cromatiniche e influenzare anche il fato cellulare.

23 Modello per linstaurazione e il mantenimento del pattern di modificazioni posttrascrizionali delle varianti di H3 PTMs sugli istoni varianti non-nucleosomali: H3.3: K9- meK9, me2K9, acK9,14 Questo profilo non è suscettibile di ulteriore modificazione da parte di Suv39. H3.1: K9- meK9 inserito nel nucleosoma può essere ulteriormente metilato da Suv39 ?

24 Our hypothesis rests on the central concept that mammalian histone H3 variants (H3.1, H3.2, and H3.3), although remarkably similar in amino acid sequence, exhibit distinct posttranslational signatures that create different chromosomal domains or territories, which, in turn, influence epigenetic states during cellular differentiation and development. LIPOTESI BARCODE PER LISTONE H3 Hake S.B. and Allis C.D. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103; Lidea è che varianti di H3, differentemente modificate possano contribuire a stabilire DOMINI CROMOSOMALI Questo risulterebbe da una scelta combinata di percorsi di assemblaggio (varianti ed enzimi che le modificano prima della deposizione) e ambienti circostanti specifici (azione locale di enzimi modificanti sulla cromatina).

25 Studi recenti hanno evidenziato un ruolo per le varianti di H3 nella determinazione del destino cellulare durante lembriogenesi. In Drosophila e topo quando il DNA paterno si decondensa incorpora H3.3 di origine materna. Durante la meiosi avviene un rimodellamento massivo della cromatina nei cromosomi sessuali maschili, che incorporano specificamente H3.3 In Drosophila HIRA di origine materna è stato implicato nella deposizione di H3.3 sulla cromatina materna. Mutazioni in questo gene causano difetti nello stadio di decondensazione. In topo mutanti di HIRA non vanno oltre lo stato di gastrula. Quindi nel topo HIRA è essenziale a stadi successivi alla decondensazione. Domini cromosomali paterni e materni hanno diverse caratteristiche: Cromatina pericentrica materna: 3meH3K9 + 3meH4K20 + HP1β Cromatina pericentrica paterna: meH3K9 + HP1β


Scaricare ppt "Geni istonici replicativi: espressi in maniera coordinata in fase S Varianti istoniche di sostituzione: prodotte in maniera variabile durante tutto il."

Presentazioni simili


Annunci Google