Кіріспе
HMGN (High Mobility Group Nucleosome binding) ақуыздар тобы – транскрипцияны, репликацияны, рекомбинацияны және ДНК жөндеуді реттеуге қатысатын жоғары қозғалыс тобының (HMG) хромосомалық ақуыздарының кең тобының мүшелері. HMGN1 және HMGN2 (алғашқыда HMG 14 және HMG 17 деп аталды) 1970-ші жылдардың басында Э.В. Джонстың зерттеу тобы тапқан. HMGN3, HMGN4 және HMGN5 кейін ашылды және олардың мөлшері аз. HMGN ақуыздары – транскрипция, репликация, рекомбинация және ДНК жөндеуге көмектесетін нуклеосомаға байланысатын ақуыздар. Олар сонымен қатар хроматиннің эпигенетикалық ландшафтын өзгертіп, жасушаның сәйкестігін тұрақтандыруға көмектеседі. Олардың құрылымы мен функциясы туралы әлі де көп мәлімет жоқ. HMGN ақуыздары аминқышқылдарының ұзын тізбектерінен тұрады, HMGN1-4 үшін шамамен 100, ал HMGN5 үшін шамамен 200. HMGN ақуыздарының организмге тигізетін әсерін анықтау үшін нокауттық тышқандармен зерттеу жүргізілді. Нәтижесінде, HMGN деңгейі қалыптыдан төмен болғанда тышқандардың ультракүлгін сәулелерге сезімталдығы артқан ((2)). Бұл HMGN ультракүлгін сәулелердің зақымдануын жөндеуге көмектеседі дегенді көрсетеді. Гамма сәулеленуіне ұшыраған тышқандарда да сезімталдық жоғарылаған, бірақ екі жағдайда да ДНК-ны жөндеуге қатысатын жасушалық процестер мүлдем өзгеше болғандықтан, HMGN ақуыздары ДНК-ны in vivo жағдайында жөндеуге көмектесе ме, жоқ па деген мәселе әлі де шешілмеген. HMGN1 және HMGN2 тірі жасушаларда бірге орналаспайды. HMGN ақуыздары жоғары қозғалыс тобының хромосомалық ақуыздары (HMG) деп аталатын кең топқа жатады. Бұл үлкен топ полиакриламидтік гельдердегі жоғары электрофоретикалық жылдамдығы үшін осылай аталған және 3 ерекше, бірақ байланысты топқа бөлінеді, олардың бірі – HMGN ақуыздары. HMGN отбасын HMGN1, HMGN2, HMGN3, HMGN4 және HMGN5 сияқты нақты ақуыздарға бөлуге болады. Ақуыздардың жалпы мөлшері әрқайсысы үшін өзгеше, бірақ HMGN1-4 орташа есеппен 100 аминқышқылынан тұрады. ЯМР деректері көрсеткендей, ақуыздар хроматиннің тығыздалуына жауапты негізгі элементтерге бағытталғанда тығыздалу азаяды.
HMGN (High Mobility Group Nucleosome binding) proteins are members of the broader class of high mobility group (HMG) chromosomal proteins that are involved in regulation of transcription, replication, recombination, and DNA repair. HMGN1 and HMGN2 (initially designated HMG 14 and HMG 17 respectively) were discovered by E. W. Johns research group in the early 1970s. HMGN3, HMGN4, and HMGN5 were discovered later and are less abundant. HMGNs are nucleosome binding proteins that help in transcription, replication, recombination, and DNA repair. They can also alter the chromatin epigenetic landscape, helping to stabilize cell identity. There is still relatively little known about their structure and function. HMGNs come in long chains of amino acids, containing around 100 for HMGN1 4, and roughly 200 in HMGN5. A study was done with knockout mice to see the effect if any that HMGN proteins play on a full organism level. This resulted in the mice showing increasing sensitivity to UV radiation when having less than normal levels of HMGN(2). This would indicate that HMGN might facilitate repair of UV damage. The same increase in sensitivity was observed in mice when exposed to gamma radiation, however the cellular processes that repair DNA in either case are drastically different, leading to an inconclusive state whether HMGN proteins facilitate DNA repair in vivo. HMGN1 and HMGN2 do not co localize within living cells.]] HMGN proteins are part of broader group of proteins referred to as High Mobility group chromosomal (HMG) proteins. This larger group was named this for their high electrophoretic mobility in polyacrylamide gels and is differentiated into 3 distinct but related groups, one of them being HMGN proteins. HMGN family can be further divided into specific proteins, these being HMGN1, HMGN2, HMGN3, HMGN4, and HMGN5. The overall sizes of the proteins vary to each specific one, but HMGN1 4 average 100 amino acids. NMR evidence shows that reducing compaction occurs when the proteins targets the main elements that are responsible for the compactions of the chromatin.
HMGN 4
HMGN4 гені GenBank дерекқорында іздеу жүргізу кезінде табылды және ол "HMGN2-ге ұқсас жаңа транскрипт" ретінде анықталды, бұл HMGN4 генінің HMGN2-мен тығыз байланысты екенін көрсетеді.
H1 бәсекелестік және хроматинді қайта құру
Нуклеосомалар ДНК-ның оралуы үшін ақуыздық ядро (8 гистондан тұрады) болып табылады және хромосомалардың іріктеулі және тығыз хроматин құрылымдарының негізін құрайды. HMGN ақуыздары нуклеосомаға байланысу орындары үшін H1 гистонымен (ядролық нуклеосоманың құрамына кірмейтін байланыстыратын гистон) бәсекелеседі. Бір ақуыз байланысқаннан кейін, екіншісі оны ығыстыра алмайды. Дегенмен, екі ақуыз да нуклеосомалармен тұрақты байланыста болмайды және транскрипциядан кейінгі модификациялар арқылы алынып тасталуы мүмкін. HMGN ақуыздарының жағдайында, протеинкиназа С (PKC) барлық HMGN варианттарында кездесетін нуклеосомаға байланысу доменіндегі серин аминқышқылын фосфорлануы мүмкін. Бұл HMGN-ге ұтқырлық қасиетін береді, себебі олар жасушаішілік орта мен сигналдамаларға байланысты нуклеосомаларға үнемі байланысып, ажырасып отырады. HMGN мен H1 арасындағы белсенді бәсекелестік хроматин қайта құрылуында маңызды рөл атқарады және нәтижесінде хроматиннің жиырылуы мен кеңеюіне байланысты жасуша циклында және жасушалық дифференциациядағы гендердің экспрессиялануын анықтайды. Гистон ацетилдеуі әдетте ашық хроматинмен, ал гистон метилдеуі жабық хроматинмен байланысты. ChIP секвендеуді қолдану арқылы H1 немесе HMGN нуклеосомаларға байланысқан кезде қандай гистондық модификациялардың бар екенін анықтау үшін белоктармен жұптасқан ДНК-ны зерттеуге болады. Осы әдіс қолданылғанда, H1 болуы H3K27me3 және H3K4me3 деңгейінің жоғары болуымен сәйкес екендігі анықталды, яғни H3 гистоны күшті метилделген, бұл хроматин құрылымының жабық екенін көрсетеді. Сонымен қатар, HMGN болуы H3K27ac және H3K4me1 деңгейінің жоғары болуымен сәйкес екендігі анықталды, керісінше, H3 гистонының метилделуі айтарлықтай төмендегендігі, хроматин құрылымының ашық екенін білдіреді. HMGN1 экспрессиясы көздің дамуының бастапқы кезеңдерінде пролиферативті жасушаларда жоғарылайды, бірақ жаңадан пайда болған және дифференциацияланған жасушаларда, мысалы, линза талшықтарында төмендейді. HMGN2 керісінше, эмбрионалды және ересек көз жасушаларында жоғары деңгейде қалады. HMGN3 ересек тышқанда 2 аптада ішкі ядролық және ганглиондық жасушаларда ерекше жоғары деңгейде болатыны анықталды. Бұл HMGN-нің алдын ала дайындалған және ересек жасушаларда тең емес таралуын көрсетеді.
Ми / орталық жүйке жүйесінің дамуы
Адам миының дамуында HMGN нейрондық дифференциацияның маңызды компоненті болып табылады және нейрондық шектеу жасушаларында (нейрондық аталық жасушаларда) деңгейі жоғарылайды. Мысалы, бір зерттеуде HMGN1,2&3 жойылғанда астроциттер клеткаларының саны азайды, ал нейрондық аталық жасушалардың саны көбейді. Олигодендроциттердің дифференциациясында HMGN маңызды рөл атқарады, себебі HMGN1&2 екеуі де жойылған кезде жұлын тініндегі олигодендроциттер саны 65%-ға төмендеді. Дегенмен, функционалдық өтеуге байланысты, тек HMGN1 немесе HMGN2 ғана жойылғанда бұл әсер байқалмайды. Бұл байқау, себеп-салдар байланысы емес, корреляция болуы мүмкін. ChIP-seq талдауы көрсеткендей, OLIG1&2 гендеріндегі (олигодендроциттердің дифференциациясына қатысатын транскрипция факторлары) хроматин құрылымы ашық конформацияда болады және HMGN нуклеосомаларға байланысқан күйде табылады. Осылайша, бұл қортынды жасауға болады, кем дегенде бір HMGN вариантының болуы тіндердің дифференциациясы мен дамуын жақсартады, яғни бұл артықшылық пайдалы. Осы тұжырымдар оң жақтағы суретте көрсетілген.