ДНК обернута вокруг белков, называемых гистонами, которые служат для упаковки ДНК внутри ядра клетки и играют важную роль в регулировании экспрессии генов. Гистоновые белки можно модифицировать небольшими химическими группами, многие из которых являются продуктами клеточного метаболизма. Нарушая или усиливая транскрипцию, эти модификации могут влиять на активность генов.
Хотя это может обеспечить потенциальный механизм, посредством которого наша среда — например, пища, которую мы едим, — может приводить к изменениям в экспрессии генов, остается неясным, как гистоновые метки действительно связаны с клеточным метаболизмом и как это может повлиять на организацию хроматина и ген. деятельность.В этом исследовании команда Роберта Шнайдера из Института функциональной эпигенетики (IFE) в Helmholtz Zentrum Munchen и LMU рассмотрела две новые модификации, пропионилирование и бутирилирование (то есть добавление пропионильных и бутирильных групп к гистоновым белкам). Исследователи обнаружили, что пропионильная и бутирильная 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 гены с высокой экспрессией, и их присутствие изменяется при метаболических изменениях, например, при голодании.
Исследователи также показали, что пропионилирование гистонов может управлять транскрипцией в пробирке (in vitro), предполагая, что это стимулирующая метка, способная вызывать экспрессию генов, когда она присутствует. «Интересно, что пропионат и бутират являются продуктами метаболизма жирных кислот», — объясняет Роберт Шнайдер. «Это означает, что эти модификации гистонов могут быть способом, посредством которого метаболическое состояние клетки связано с архитектурой хроматина».Одним из способов, которым модификации гистонов вызывают биологические реакции, является их распознавание специфическими белками, так называемыми «читателями».
Используя комбинацию выпадающих анализов и масс-спектрометрии, команда определила специфические белки-ридеры для этих новых меток. Добавление этих меток в ответ на метаболизм жирных кислот и связывание считывающих белков изменяет сигнатуру хроматина и, следовательно, его функциональное состояние. «Эти результаты особенно важны в отношении метаболических заболеваний, таких как диабет и ожирение», — сказал Шнайдер. «Наша цель сейчас — изучить роль этих новых переключателей генов в моделях болезней».
Результаты предполагают возможную роль пропионилирования гистонов в метаболической передаче сигналов и заболевании, поскольку пропионил-КоА-карбоксилаза (фермент, который разрушает этот кофактор) участвует в метаболических заболеваниях и действительно изменяет пропионилирование гистонов.