진핵세포의 크로마틴에서 히스톤 단백질 H3와 H4의 라이신 잔기는 공유결합에 의해 변형된다. 히스톤 H3에서 27번 라이신은 아세틸화되거나(H3K27ac) 세 가지 단계로 메틸화가 될 수 있으며(H3K27me1, H3K27me2, H3K27me3), 이러한 H3K27의 변형들은 각각 독특한 형태로 유전자 전사 및 크로마틴 구조와 관련된다. 일반적으로 H3K27ac과 H3K27me1은 좌위조절부위나 활발히 전사되는 유전자처럼 활성 크로마틴에서 나타나고, 이에 반해 전사가 일어나지 않은 유전자는 높은 수준의 H3K27me2과 H3K27me3이 관찰된다. 이러한 변형들은 각각 다른 종류의 변형효소에 의해 촉매된다. 최근 연구들은 유전자 전사 및 크로마틴 구조 형성에서 H3K27의 네 가지 변형들 사이에 상관 관계가 있음을 제시하고 있다.
진핵세포의 크로마틴에서 히스톤 단백질 H3와 H4의 라이신 잔기는 공유결합에 의해 변형된다. 히스톤 H3에서 27번 라이신은 아세틸화되거나(H3K27ac) 세 가지 단계로 메틸화가 될 수 있으며(H3K27me1, H3K27me2, H3K27me3), 이러한 H3K27의 변형들은 각각 독특한 형태로 유전자 전사 및 크로마틴 구조와 관련된다. 일반적으로 H3K27ac과 H3K27me1은 좌위조절부위나 활발히 전사되는 유전자처럼 활성 크로마틴에서 나타나고, 이에 반해 전사가 일어나지 않은 유전자는 높은 수준의 H3K27me2과 H3K27me3이 관찰된다. 이러한 변형들은 각각 다른 종류의 변형효소에 의해 촉매된다. 최근 연구들은 유전자 전사 및 크로마틴 구조 형성에서 H3K27의 네 가지 변형들 사이에 상관 관계가 있음을 제시하고 있다.
Lysine residues of histone H3 and H4 are covalently modified in the chromatin of eukaryotic cells. Lysine 27 in histone H3 was acetylated (H3K27ac) or methylated at three levels; mono-, di-, and trimethylation (H3K27me1, H3K27me2, and H3K27me3). These modifications at H3K27 were related with gene tr...
Lysine residues of histone H3 and H4 are covalently modified in the chromatin of eukaryotic cells. Lysine 27 in histone H3 was acetylated (H3K27ac) or methylated at three levels; mono-, di-, and trimethylation (H3K27me1, H3K27me2, and H3K27me3). These modifications at H3K27 were related with gene transcription and/or chromatin structure in distinct patterns. Generally, H3K27ac and H3K27me1 were enriched in active chromatin, such as the locus control region or transcriptionally active genes, while transcriptionally inactive genes were highly marked by H3K27me2 and H3K27me3. These modifications appear to have been catalyzed by distinct histone-modifying enzymes. Recent studies suggest that the four kinds of modifications at H3K27 have inter-correlation in gene transcription or chromatin structure formation.
Lysine residues of histone H3 and H4 are covalently modified in the chromatin of eukaryotic cells. Lysine 27 in histone H3 was acetylated (H3K27ac) or methylated at three levels; mono-, di-, and trimethylation (H3K27me1, H3K27me2, and H3K27me3). These modifications at H3K27 were related with gene transcription and/or chromatin structure in distinct patterns. Generally, H3K27ac and H3K27me1 were enriched in active chromatin, such as the locus control region or transcriptionally active genes, while transcriptionally inactive genes were highly marked by H3K27me2 and H3K27me3. These modifications appear to have been catalyzed by distinct histone-modifying enzymes. Recent studies suggest that the four kinds of modifications at H3K27 have inter-correlation in gene transcription or chromatin structure formation.
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문제 정의
포유류 세포를 중심으로 H3K27의 각 변형과 유전자 전사 사이의 상관 관계에 대한 연구들을 정리해보고, 각 변형을 담당하는 효소들에 대해서도 살펴보고자 한다. 또한 생쥐 글로빈 좌위에서 수행된 연구를 바탕으로 유전자 전사 활성화 과정에서 이들 히스톤 변형이 어떤 순서로 첨가되거나 제거되는지 설명하고자 한다.
본 총설에서는 히스톤 H3K27에서 일어나는 메틸화와 아세틸화가 유전자 전사와 어떤 관계가 있는지 살펴봤다. 특히 이아미노산 잔기에서 일어나는 메틸화는 첨가되는 메틸기의 숫자에 따라 유전자 전사의 활성 및 억제와 각각 다른 관계를 보여주고 있다.
이 총설에서는 히스톤 H3K27에서 일어나는 네 가지의 공유 변형에 대해 살펴보고자 한다. 포유류 세포를 중심으로 H3K27의 각 변형과 유전자 전사 사이의 상관 관계에 대한 연구들을 정리해보고, 각 변형을 담당하는 효소들에 대해서도 살펴보고자 한다.
이 총설에서는 히스톤 H3K27에서 일어나는 네 가지의 공유 변형에 대해 살펴보고자 한다. 포유류 세포를 중심으로 H3K27의 각 변형과 유전자 전사 사이의 상관 관계에 대한 연구들을 정리해보고, 각 변형을 담당하는 효소들에 대해서도 살펴보고자 한다. 또한 생쥐 글로빈 좌위에서 수행된 연구를 바탕으로 유전자 전사 활성화 과정에서 이들 히스톤 변형이 어떤 순서로 첨가되거나 제거되는지 설명하고자 한다.
제안 방법
(B) Acetylation and methylation (mono-, di- and trimethylation) pattern of histone H3K27 was represented through the globin locus. The levels of histone modifications were measured by chromatin immunoprecipitation and real-time PCR, and then plotted in a graph by setting the highest value for each antibody equal to 1. Adapted from [11].
사람과 생쥐의 글로빈 좌위에서 나타난 H3K27me2과 H3K27me3의 서로 다른 분포 패턴은 두 변형이 모두 PRC2복합체 또는 EZH2 메틸화효소에 의해 일어나는지 의문을 제기한다. 사람 글로빈 좌위의 경우, PRC2의 소단위인 SUZ12와 EZH2는 적혈구 세포에 비해 비적혈구 세포에서 더 많이 결합하고 있으며, 특히 비적혈구 세포에서 이들 소단위의 결합 분포는 H3K27me3 분포와 대략적으로 일치한다[11].
후속연구
특히 이아미노산 잔기에서 일어나는 메틸화는 첨가되는 메틸기의 숫자에 따라 유전자 전사의 활성 및 억제와 각각 다른 관계를 보여주고 있다. 그러나 각 변화들의 기능적 의미와 변화를 촉매하는 효소의 종류 및 작용 기작들은 좀 더 명확히 연구되고 설명되어야 할 것이다. 또한 다른 아미노산 잔기에서 일어나는 변형들과의 관계나 상호 작용, 그리고 뉴클레오좀 리모델링 및 크로마틴 looping 같은 입체 구조 형성과의 관계 및 역할 등도 설명되어야 할 부분이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
진핵세포의 크로마틴에서 히스톤 단백질 H3와 H4의 라이신 잔기는 무엇에 의해 변형되는가?
진핵세포의 크로마틴에서 히스톤 단백질 H3와 H4의 라이신 잔기는 공유결합에 의해 변형된다. 히스톤 H3에서 27번 라이신은 아세틸화되거나(H3K27ac) 세 가지 단계로 메틸화가 될 수 있으며(H3K27me1, H3K27me2, H3K27me3), 이러한 H3K27의 변형들은 각각 독특한 형태로 유전자 전사 및 크로마틴 구조와 관련된다.
히스톤은 무엇이며 DNA와 결합하여 무엇을 형성하는가?
히스톤(histone)은 크로마틴(chromatin)의 구조 단백질로서 DNA와 결합하여 뉴클레오좀(nucleosome)을 형성한다. 뉴클레오좀의 핵심 부분(core region)에는 네 종류의 히스톤 (H2A, H2B, H3, H4)으로 구성된 팔량체(octamer)가 존재하며, 이들은 약 146 bp의 DNA와 결합하고 있다.
히스톤 H3의 27번째 라이신에 세 개의 메틸기가 들어간 물질이 관여하는 것은 어떤 것들이 있는가?
이는 PcG에 의한 H3K27 메틸화가 유전자 전사를 조절하는 중요 기작임을 의미하며, 지금까지의 연구들은 유전자의 전사 억제 과정에서 H3K27메틸화가 동반됨을 보여주었다. 특히 세 개의 메틸기가 첨가되는 H3K27me3는 배아시기의 발생 과정, 암 세포의 변형 과정, 그리고 줄기세포의 분화능 등에 관여하는 것으로 밝혀졌다[3,22]. 또한 최근 들어 H3K27의 여러 변형들 사이의 관계 및 이들 변형과 유전자 전사 사이의 관련성이 보고되면서 메틸화 뿐 만 아니라 아세틸화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
참고문헌 (26)
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