Новые модификации гистонов связывают метаболизм с активностью генов

Учёные из Центра Гельмгольца в Мюнхене и Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) обнаружили, что два новых класса модификаций гистонов связывают клеточный метаболизм с активностью генов. Исследование опубликовано в Nature Structural and Molecular Biology.

ДНК обёрнута вокруг белков-гистонов, которые упаковывают её в клеточном ядре и играют важную роль в регуляции экспрессии генов. Гистоны могут модифицироваться небольшими химическими группами, многие из которых являются продуктами клеточного метаболизма. Эти модификации, влияя на транскрипцию, способны регулировать активность генов.

Хотя это может быть механизмом, через который наша среда (например, пища) приводит к изменениям в экспрессии генов, оставалось неясным, как именно метки гистонов связаны с клеточным метаболизмом и как это влияет на организацию хроматина и активность генов.

Команда Роберта Шнайдера из Института функциональной эпигенетики (IFE) исследовала две новые модификации — пропионилирование и бутирилирование (добавление пропионильной и бутирильной групп к гистонам). Учёные обнаружили, что пропионильные и бутирильные группы могут присутствовать на гистоне H3, в частности, на остатке лизина 14 (H3K14).

Пропионат и бутират — продукты метаболизма жирных кислот

Согласно исследованию, эти модификации специфически маркируют высокоэкспрессируемые гены, а их наличие меняется при метаболических изменениях, например, при голодании. Исследователи также показали, что пропионилирование гистонов может стимулировать транскрипцию в пробирке (in vitro), что указывает на его роль в активации генов.

«Интересно, что пропионат и бутират являются продуктами метаболизма жирных кислот, — объясняет Роберт Шнайдер. — Это означает, что данные модификации гистонов могут быть способом связи метаболического состояния клетки с архитектурой хроматина».

Один из способов, которым модификации гистонов вызывают биологический ответ, — это распознавание специфическими белками, так называемыми «ридерами». Используя комбинацию пулдаун-анализов и масс-спектрометрии, команда идентифицировала белки-ридеры для этих новых меток. Добавление этих меток в ответ на метаболизм жирных кислот и связывание ридеров меняет сигнатуру хроматина и, следовательно, его функциональное состояние.

«Эти результаты особенно значимы в контексте метаболических заболеваний, таких как диабет и ожирение, — сказал Шнайдер. — Наша цель сейчас — изучить роль этих новых генетических переключателей в моделях заболеваний».

Результаты предполагают возможную роль пропионилирования гистонов в метаболической сигнализации и заболеваниях, поскольку пропионил-КоА карбоксилаза (фермент, расщепляющий этот кофактор) вовлечена в метаболические болезни и действительно изменяет пропионилирование гистонов.