히스톤 H4

Histone H4
H4 히스톤, 패밀리 3
식별자
기호H4F3
엔씨비유전자3023
HGNC4780
유니프로트P62805
기타자료
로커스3번 씨 Q13.13
염색질 구조의 기본 단위

히스톤 H4는 진핵 세포에서 염색질의 구조에 관여하는 5개의 주요 히스톤 단백질 중 하나이다. 주 구상영역과 긴 N단자 꼬리가 특징인 H4는 '끈 위의 비드' 조직의 뉴클레오솜 구조에 관여한다. 히스톤 단백질은 번역 후 많이 변형된다. 공동 결합 수정에는 아세틸화와 N-단자 꼬리의 메틸화가 포함된다. 이러한 수정은 부모 히스톤 옥타머와 관련된 DNA에 위치한 유전자의 발현을 변화시킬 수 있다.[1][2] 히스톤 H4는 염색질의 구조와 기능에서 중요한 단백질로, 그 염기서열 변형과 가변 변형 상태가 유전자의 동적이고 장기적인 조절에 역할을 한다고 생각된다.

유전학

Histone H4 is encoded in multiple genes at different loci including: HIST1H4A, HIST1H4B, HIST1H4C, HIST1H4D, HIST1H4E, HIST1H4F, HIST1H4G, HIST1H4H, HIST1H4I, HIST1H4J, HIST1H4K, HIST1H4L, HIST2H4A, HIST2H4B, HIST4H4.

진화

히스톤 단백질은 가장 보존성이 높은 진핵 단백질 중 하나이다. 예를 들어 완두콩과 소의 히스톤 H4의 아미노산 염기서열은 102개 위치 중 2개 위치에서만 차이가 난다. 이러한 진화적 보존은 히스톤 단백질의 기능이 거의 모든 아미노산을 포함하므로 어떤 변화도 세포에 유해하다는 것을 암시한다. 히스톤 시퀀스의 대부분의 변화는 치명적이다; 치명적이지 않은 소수의 변화들은 유전자 발현 패턴뿐만 아니라 다른 이상들도 변화한다.[3]

구조

히스톤 H4는 102~135개의 아미노산 단백질로, 두 개의 루프로 연결된 세 개의 a-헬리크로 형성된 히스톤 폴드라고 알려진 구조적인 모티브를 공유한다. 히스톤 단백질 H3와 H4는 결합하여 H3-H4 다이머를 형성하며, 이 H3-H4 디머 중 두 개가 결합하여 테트라머를 형성한다. 이 테트라머는 또한 두 개의 H2a-H2b 디머와 결합하여 컴팩트 히스톤 옥타머 코어를 형성한다.[3]

시퀀스 변형

히스톤 H4는 가장 천천히 진화하는 단백질 중 하나이며, 히스톤 H4의 알려진 시퀀스 변형은 없는 것으로 보인다. 그러나 주요 H4와 순서에 따라 동일한 단백질을 암호화하는 H4 유전자가 세포 주기 전반에 걸쳐 구성적으로 표현된다.[4] 시퀀스 변형이 없는 이유는 여전히 불분명하다.

대체번역

OGP(Osteogenive Growth Peptide)는 히스톤 H4 mRNA의 대체번역으로부터 생성된 14-a 펩타이드로 C-단자순서를 공유한다. ALKRQGRTLYGFGG 히스톤H4의 히스톤 H4 mRNA의 85번째 아미노산에서 번역이 시작되어 19-a 펩타이드(preOGP)가 발생한다. 이것은 5개의 아미노 단자 잔류물의 갈라짐을 통해 OGP로 변환된다.[5] 그것은 골수를 재생시킬 뿐만 아니라 사람과 쥐의 순환에서도 발견된다. 혈청에서는 명확하게 식별되지 않는 두 개의 다른 결합 단백질과 함께 α2M에 결합된다. 특정 수용체가 확인되지는 않았지만, 뼈 재생 기능에 관련된 일부 신호 경로가 설명되었다.[6]

변환 후 수정

진핵생물들은 아미노산 염기서열이 주요 성분과 다른 소량의 특화된 변종 핵심 히스톤을 생산할 수 있다. N단자에 대한 다양한 공가변형을 가진 이러한 변형은 히스톤에 추가되어 상위 진핵생물에서 DNA 기능에 필요한 다른 염색체 구조를 가능하게 할 수 있다. 잠재적 수정에는 꼬리 부분의 아세틸화(methylation, di-, tri-methylation) 또는 메틸화가 포함된다.[3]

메틸화

히스톤 메틸화는 아르기닌, 리신, 히스티딘 아미노산 잔류물에 발생한다. 히스톤 H2A, H3, H4에서 모노, 디, 트리-메틸화가 발견되었다.[7] 히스톤 메틸레이션은 전사, DNA 복제, DNA 손상 반응 등 다양한 세포 기능과 연관되어 있으며, 수리, 이형색체 형성, 체세포 재프로그래밍 등을 포함한다. 이러한 생물학적 기능 중에서 전사적 억압과 활성화가 가장 많이 연구되고 있다.[7] PRMT1에 의한 H4R3 메틸화효소(히스톤 메틸전달효소)는 광범위한 "활성" 염색질 수정의 설정이나 유지에 체내 필수인 것으로 보인다는 연구결과가 있다. 또한 PRMT1에 의한 히스톤 H4의 메틸레이션은 N단자 꼬리에 대한 후속 아세틸화를 허용하기에 충분했다. 그러나 H4의 아세틸화는 PRMT1에 의한 메틸화를 억제한다.[8]

아세틸레이션

히스톤의 아세틸화는 아세틸 그룹의 음전하가 DNA 인산염 백본 전하를 물리칠 수 있기 때문에 응축된 이질색화질을 완화시켜 DNA에 대한 히스톤 결합 친화력을 감소시킬 수 있다고 생각된다. 이 가설은 여러 전사 활성제 복합체의 히스톤 아세틸전달효소(HAT) 활성도를 발견하여 검증되었다.[7] 히스톤 아세틸화는 여러 가지 방법으로 염색체 구조에 영향을 미친다. 첫째, 아세틸레이트 꼬리를 인식하는 영역을 포함하는 단백질의 결합에 대한 태그를 제공할 수 있다. 둘째, 염색질 리모델링의 기능을 차단할 수 있다.[9] 셋째, 라이신의 양전하를 중화시킨다.[9] 히스톤 H4의 리신 16 (H4K16ac) 아세틸화는 다양한 진핵생물의 염색질 구조와 기능에 특히 중요하며 특정 히스톤 리신 아세틸전달효소(HATs)에 의해 촉매된다. H4K16은 특히 H4 N단자 꼬리 중 유일하게 아세틸이 가능한 부위로서, 소형 고차 염색체 구조 형성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 흥미롭다.[9] H4K16의 저자극은 조기 노화 증후군 허친슨 길포드 프로게리아의 마우스 모델에서 DNA 손상 부위로 DNA 수리 단백질의 모집을 지연시키는 것으로 보인다.[10] H4K16Ac는 또한 전사 활성화와 유로마틴의 유지에도 역할을 한다.[11]

H4 수정 목록

H4S1p

H4R3me

H4K5ac

H4K8ac

H4K12ac

H4K16ac

H4K16adp

H4K20me

H4S47o-p

H4K91ac

H4K91ub[12]

참고 항목

참조

  1. ^ Bhasin M, Reinherz EL, Reche PA (2006). "Recognition and classification of histones using support vector machine" (PDF). Journal of Computational Biology. 13 (1): 102–12. doi:10.1089/cmb.2006.13.102. PMID 16472024.
  2. ^ Hartl DL, Freifelder D, Snyder LA (1988). Basic Genetics. Boston: Jones and Bartlett Publishers. ISBN 978-0-86720-090-4.
  3. ^ a b c Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2008). Molecular Biology of the Cell (5th ed.). ISBN 978-0-8153-4105-5. OCLC 82473851.
  4. ^ Kamakaka RT, Biggins S (February 2005). "Histone variants: deviants?". Genes & Development. 19 (3): 295–310. doi:10.1101/gad.1272805. PMID 15687254.
  5. ^ Bab I, Smith E, Gavish H, Attar-Namdar M, Chorev M, Chen YC, et al. (May 1999). "Biosynthesis of osteogenic growth peptide via alternative translational initiation at AUG85 of histone H4 mRNA". The Journal of Biological Chemistry. 274 (20): 14474–81. doi:10.1074/jbc.274.20.14474. PMID 10318873.
  6. ^ Pigossi SC, Medeiros MC, Saska S, Cirelli JA, Scarel-Caminaga RM (November 2016). "Role of Osteogenic Growth Peptide (OGP) and OGP(10-14) in Bone Regeneration: A Review". International Journal of Molecular Sciences. 17 (11): 1885. doi:10.3390/ijms17111885. PMC 5133884. PMID 27879684.
  7. ^ a b c Kim JK, Samaranayake M, Pradhan S (February 2009). "Epigenetic mechanisms in mammals". Cellular and Molecular Life Sciences. 66 (4): 596–612. doi:10.1007/s00018-008-8432-4. PMC 2780668. PMID 18985277.
  8. ^ Huang S, Litt M, Felsenfeld G (August 2005). "Methylation of histone H4 by arginine methyltransferase PRMT1 is essential in vivo for many subsequent histone modifications". Genes & Development. 19 (16): 1885–93. doi:10.1101/gad.1333905. PMC 1186188. PMID 16103216.
  9. ^ a b c Taylor GC, Eskeland R, Hekimoglu-Balkan B, Pradeepa MM, Bickmore WA (December 2013). "H4K16 acetylation marks active genes and enhancers of embryonic stem cells, but does not alter chromatin compaction". Genome Research. 23 (12): 2053–65. doi:10.1101/gr.155028.113. PMC 3847775. PMID 23990607.
  10. ^ Krishnan V, Chow MZ, Wang Z, Zhang L, Liu B, Liu X, Zhou Z (July 2011). "Histone H4 lysine 16 hypoacetylation is associated with defective DNA repair and premature senescence in Zmpste24-deficient mice". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (30): 12325–30. Bibcode:2011PNAS..10812325K. doi:10.1073/pnas.1102789108. PMC 3145730. PMID 21746928.
  11. ^ Shogren-Knaak M, Ishii H, Sun JM, Pazin MJ, Davie JR, Peterson CL (February 2006). "Histone H4-K16 acetylation controls chromatin structure and protein interactions". Science. 311 (5762): 844–7. Bibcode:2006Sci...311..844S. doi:10.1126/science.1124000. PMID 16469925. S2CID 11079405.
  12. ^ "Epigenetic modifications poster Abcam". Retrieved 25 November 2019.

참고 항목