Кіріспе
Генетикалық ақпараттың биохимиялық транскрипциясы Гистон коды - ДНК-да кодталған генетикалық ақпараттың транскрипциясы ішінара гистон ақуыздарына химиялық модификациялар (гистон белгілері деп аталады) арқылы реттеледі, негізінен олардың құрылымдалмаған ұштарында. ДНҚ метилирлеу сияқты ұқсас модификациялармен бірге ол эпигенетикалық кодтың бір бөлігі болып табылады. Гистондар ДНК-мен байланысып, нуклеосомаларды құрайды, олар өз кезегінде хроматин талшықтарын құрайтын бумаларға айналады, олар өз кезегінде жақсы танымал хромосоманы құрайды. Гистондар - нуклеосомадан шығып тұратын икемді N ұшы бар (құйрық деп есептеледі) шарықты ақуыздар. Хистонның құйрығының көптеген модификациялары хроматин құрылымымен жақсы байланысты, ал гистонның модификациялық күйі мен хроматин құрылымы ген экспрессиясының деңгейімен жақсы байланысты. Гистон код гипотезасының маңызды тұжырымдамасы - гистонның модификациясы гистон мен оның астындағы ДНҚ арасындағы өзара әрекеттестікті жай ғана тұрақтандыру немесе тұрақсыздандыру арқылы емес, осындай мақсаттар үшін мамандандырылған белок домендері арқылы модификацияланған гистонды нақты тану арқылы басқа белоктарды қабылдауға қызмет етеді. Бұл белдіктер хроматин құрылымын белсенді түрде өзгертеді немесе транскрипцияны ынталандырады. Гистондық модификация арқылы ген экспрессиясын реттеудің егжей-тегжейлі мәліметтері төмендегі кестеде көрсетілген.
The histone code is a hypothesis that the transcription of genetic information encoded in DNA is in part regulated by chemical modifications (known as histone marks) to histone proteins, primarily on their unstructured ends. Together with similar modifications such as DNA methylation it is part of the epigenetic code. Histones associate with DNA to form nucleosomes, which themselves bundle to form chromatin fibers, which in turn make up the more familiar chromosome. Histones are globular proteins with a flexible N terminus (taken to be the tail) that protrudes from the nucleosome. Many of the histone tail modifications correlate very well to chromatin structure and both histone modification state and chromatin structure correlate well to gene expression levels. The critical concept of the histone code hypothesis is that the histone modifications serve to recruit other proteins by specific recognition of the modified histone via protein domains specialized for such purposes, rather than through simply stabilizing or destabilizing the interaction between histone and the underlying DNA. These recruited proteins then act to alter chromatin structure actively or to promote transcription. For details of gene expression regulation by histone modifications see table below.
Гипотеза
Гипотеза бойынша хроматиннің ДНК өзара әрекеттесуі гистонның модификацияларының комбинациясымен реттеледі. Хистондар құйрықтарының модификациялары (метилдену, ацетилдену, АДФ рибозилдеу, убиквитинация, цитруллинация, СУМО иляция және фосфорилендіру) хроматин құрылымын өзгертетіндігі белгілі болғанымен, гистондар құйрықтарының өзгеруі ДНК-ның гистондар өзара әрекеттесуіне әсер ететін нақты механизмдерді толық түсіну қиын болып қалады. Алайда кейбір нақты мысалдар егжей-тегжейлі қарастырылды. Мысалы, 10 және 28 серин қалдықтарының гистон H3 - ге фосфорилдануы хромосомалық конденсацияның маркері болып табылады. Сол сияқты, серин қалдықтарын фосфорилеудің 10 және лизин қалдықтарын ацетилирудің 14 комбинациясы H3 гистоны активті транскрипцияның айқын белгісі болып табылады.
Күрделілігі
Осы қарапайымдандырылған модельден айырмашылығы, кез келген нақты гистон коды өте күрделі болуы мүмкін; төрт стандартты гистонның әрқайсысы бірнеше түрлі өзгерістермен бірнеше түрлі жерлерде бір мезгілде өзгертілуі мүмкін. Бұл күрделілік туралы түсінік беру үшін H3 гистоны метилирленген деп танылған он тоғыз лизинді қамтиды. Әрқайсысы un, mono, di немесе tri метилирленген болуы мүмкін. Егер модификациялар тәуелсіз болса, бұл лизин метилирлеуінің 419 немесе 280 миллиард түрлі үлгілеріне мүмкіндік береді, бұл адам геноміндегі гистондардың ең көп санынан әлдеқайда көп (6.4 Гб / ~ 150 бп = ~ 44 миллион гистондар, егер олар өте тығыз жиналған болса). Бұл лизин ацетилациясын (тоғыз қалдықта H3 үшін белгілі), аргинин метилирлеуін (үш қалдықта H3 үшін белгілі) немесе треонин / серин / тирозин фосфорилирлеуін (сегіз қалдықта H3 үшін белгілі) қамтымайды, басқа гистондардың модификацияларын айтпағанда. Сондықтан жасушадағы әр нуклеосоманың әртүрлі модификация жиынтығы болуы мүмкін, бұл гистон модификацияларының жалпы үлгілері бар ма деген сұрақ тудырады. Адамның генінің промоторларындағы 40 гистонның өзгеруін зерттеу барысында 4000-нан астам әртүрлі комбинация қолданылғанын, 3000-нан астамы бір ғана промоторда кездесетінін анықтады. Алайда, 17 гистонның 3000-нан астам генде бірге кездесетін өзгерістерінің жиынтығы бар үлгілер табылды. Жоғарыдан төменге қарай протеомикаға негізделген массалық спектрометрия бір молекуланың геномдағы немесе бір нуклеосомадағы колокализациядан бір молекуланың бірге пайда болуын ажырата отырып, осы үлгілерге көбірек түсінік берді. Хистонның өзгеруінің өзара әрекеттесуінің маңыздылығын көрсететін биохимиялық механизмдерді зерттеуге әртүрлі тәсілдер қолданылды. Осылайша, гистонның ерекше өзгерістерінің үлгілері басқаларына қарағанда жиі кездеседі. Бұл үлгілер функционалдық жағынан маңызды, бірақ оларды зерттеу күрделі және қиын. Гистон кодты оқып, жазып, өшіру арқылы гистонды танудың құрылымдық детерминанттары эксперименттік деректердің өсуі арқылы ашылады.