4.9. МЕТИЛИРОВАНИЕ И АЦЕТИЛИРОВАНИЕ ГИСТОНОВ

Хроматин сам по себе несет информацию, которая не записана в ДНК. Она может быть довольно стабильной и передаваться из поколение в поколение (255). Свойствами внегенетического наследования обладают следующие свойства хроматина: 1) распределение и организация в пространстве метилирования и ацетилирования гистонов, 2) его трехмерная организация.

Для изменения степени в взаимодействия гистонов с ДНК необходимы биохимические превращения гистонов (это белки, образующие диски, на которые накручивается двойная спираль ДНК) и ДНК, которые само по себе требуют энергии АТФ. Такие модификации ведут к сборке, перемещению и разборке нуклеосом и обмену гистонов в них (189, 255).

В ДНК имеются определенные сегменты, которые имеют большее сродство с ДНК. Поэтому одни нуклеосомы могут быть гибкими, другие менее гибкими (255). В целом же нуклеотидные последовательности ДНК не определяют положение нуклеосом в ядре (349). Однако ферменты, которые обеспечивают ремоделирование могут быть чувствительны к тому, как расположены нуклеотиды в ДНК (255).

Белковые комплексы нуклеосом могут двигаться по ДНК и изгибаться, что делает хроматин гибким (189). Упаковка нуклеосом в трехмерные структуры более высокого уровня также изменяет доступность ДНК для белков, склеивающиеся с ДНК. Упаковка ДНК в нуклеосомы делают ее менее доступной для белков и других молекулярных машин, которые считывают с неё информацию. Хотя некоторые ядерных белки легче приклеиваются к ДНК, накрученной на нуклеосому. Плотная упаковка хроматина защищает ДНК от повреждений. Уменьшение степени конденсации хроматина связано с сильным ацетилированием гистонов (255).

Одним из способов регулирования функциональной активности генома является химическая модификация гистонов. В ядре двойная цепь ДНК делает двойной спираль дважды обвивает белковый комплекс, состоящий из 8 белков гистонов. Гистоны — это белки, ответственные за плотную упаковку цепи ДНК в хромосомы. Вместе с ДНК и некоторыми другими белками, гистоны образуют хроматин, видимую под микроскопом структуру ядра. Термин хроматин был впервые предложен В. Флеммингом ещё в XIX веке.

Гистоны могут подвергаться метилированию (присоединение СН₃ группы), ацетилироваться (присоединение С₂Н₅ группы), фосфорилироваться (присоединение остатка фосфорной кислоты), сшиваться с коротким полипептидом под названием убиквитинин или небольшими белками, подобными убиквитинину. Распределение модифицированных гистонов неоднородно. Например, теломерный и перицентрический хроматин чаще всего имеет низкий уровень ацетилирования гистонов (294).

Подобные химические изменения гистонов часто приводят к внегенетической передаче наследственной информации (231, 286). Например, ацетилирование гистонов ведет к активации генов, тогда как присоединения убиквитина или подобных белков ведет к угнетению работы генов. Из-за ацетилирования приклеивание ДНК к гистоновому комплексу становится менее плотным и ДНК становится доступнее для транскрипции (305, 322). Тем самым возникает наследственное изменение структуры хроматина без изменения первичной структуры ДНК. По сути, можно говорить об особом гистоновом коде.