Epigenetic mechanisms, primarily mediated through histone and DNA modifications, play a pivotal role in orchestrating the functional identity of a cell and its response to environmental cues. Similarly, the spatial arrangement of chromatin within the three-dimensional (3D) nucleus has been recognized as a significant factor influencing genomic function. Investigating the relationship between epigenetic regulation and 3D chromatin structure has revealed correlation and causality between these processes, from the global alignment of average chromatin structure with chromatin marks to the nuanced correlations at smaller scales. This review aims to dissect the biological significance and the interplay between the epigenome and 3D chromatin structure, while also exploring the underlying molecular mechanisms. By synthesizing insights from both experimental and modeling perspectives, we seek to provide a comprehensive understanding of cellular functions.
크로마틴은 DNA 구조를 다시 결정해주는 것과 같은 존재로 각종 신호에 폭넓게 반응한다. 크로마틴의 중요한 변화는 이러한 조절을 위한 히스톤의 변이이다. 이러한 변화들에 대한 지식이 점점 축적되고 있으며 이러한 반응의 복잡성이 점점 더 명확히 이해되고 있다. 히스톤의 변화가 대부분의 생명체의 반응에 있어서 DNA 의 발현 또는 억제를 통하여 중요한 역할을 한다는 사실이 명확해지고 있다. Nucleosome 의 표면은 각종 변화를 수용할 수 있다. 크로마틴 변화는 크로마틴 수축을 제거하거나 또는 비히스톤 단백질들을 불러 모으는 과정을 통하여 작용될 수 있다. 히스톤 변이를 매개로 하는 이러한 많은 조절들이 유전적으로 보존되어 전달되는 것으로 추측된다. 따라서 히스톤 변이는 동물, 식물 또는 미생물 세계의 기본적인 생물학적 반응과 상당히 밀접한 관계가 있다. 히스톤 변이가 제대로 이루어지지 않을 경우 크로모좀의 응축 또는 이완이 제대로 않되며 결국은 발생, 성숙, 생물체 방어 등 다방면에 대해 기능을 제대로 수행하지 못한다.
Faithful and accurate replication of the DNA molecule is essential for eukaryote organisms. Nonetheless, in the last few years it has become evident that inheritance of the chromatin states associated with different regions of the genome is as important as the faithful inheritance of the DNA sequence itself. Such chromatin states are determined by a multitude of factors that act to modify not only the DNA molecule, but also the histone proteins associated with it. For instance, histones can be posttranslationally modified, and it is well established that these posttranslational marks are involved in several essential nuclear processes such as transcription and DNA repair. However, recent evidence indicates that posttranslational modifications of histones might be relevant during DNA replication. Hence, the aim of this review is to describe the most recent publications related to the role of histone posttranslational modifications during DNA replication.
Background Adipocyte differentiation is completed by changing gene expression. Chromatin is closely related to gene expression. Therefore, its structure might be changed for adipocyte differentiation. Mouse 3T3-L1 preadipocytes have been used as a cell model to study molecular mechanisms of adipogenesis. Objective To examine changes of chromatin modification and expression of histone modifying enzymes during adipocyte differentiation. Methods Microscopic analysis and Oil Red O staining were performed to determine distinct phenotype of adipocyte differentiation. RT-PCR and Western blot analysis were used to examine expression levels of histone modifying enzymes during adipocyte differentiation. Histone modifications were examined by immunostaining analysis. Results Expression levels of P300 and cbp were increased during adipocyte differentiation. However, acetylation of histones was not quantitatively changed postdifferentiation of 3T3-L1 cells compared to that at pre-differentiation. RT-PCR and Western blot analyses showed that expression levels of hdac2 and hdac3 were increased during adipocyte differentiation, suggesting histone acetylation at chromatin level was homeostatically controlled by increased expression of both HATs and HDACs. Tri-methylation level of H3K9 (H3K9me3), but not that of H3K27me3, was significantly decreased during adipocyte differentiation. Decreased expression of setdb1 was consistent with reduced pattern of H3K9me3. Knock-down of setdb1 induced adipocyte differentiation. This suggests that setdb1 is a key chromatin modifier that modulates repressive chromatin. Conclusion These results suggest that there exist extensive mechanisms of chromatin modifications for homeostatic balance of chromatin acetylation and deconstruction of repressive chromatin during adipocyte differentiation.
Chromatin structure and dynamics that are influenced by epigenetic marks, such as histone modification and DNA methylation, play a crucial role in modulating gene transcription. To understand the relationship between histone modifications and regulatory elements in breast cancer cells, we compared our chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) histone modification patterns for histone H3K4me1, H3K4me3, H3K9/16ac, and H3K27me3 in MCF-7 cells with publicly available formaldehyde-assisted isolation of regulatory elements (FAIRE)-chip signals in human chromosomes 8, 11, and 12, identified by a method called FAIRE. Active regulatory elements defined by FAIRE were highly associated with active histone modifications, like H3K4me3 and H3K9/16ac, especially near transcription start sites. The H3K9/16ac-enriched genes that overlapped with FAIRE signals (FAIRE-H3K9/14ac) were moderately correlated with gene expression levels. We also identified functional sequence motifs at H3K4me1-enriched FAIRE sites upstream of putative promoters, suggesting that regulatory elements could be associated with H3K4me1 to be regarded as distal regulatory elements. Our results might provide an insight into epigenetic regulatory mechanisms explaining the association of histone modifications with open chromatin structure in breast cancer cells.
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.
Shen, Li;Choi, Inchan;Nestler, Eric J.;Won, Kyoung-Jae
Genomics & Informatics
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제11권2호
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pp.60-67
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2013
A decade-long project, led by several international research groups, called the Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE), recently released an unprecedented amount of data. The ambitious project covers transcriptome, cistrome, epigenome, and interactome data from more than 1,600 sets of experiments in human. To make use of this valuable resource, it is important to understand the information it represents and the techniques that were used to generate these data. In this review, we introduce the data that ENCODE generated, summarize the observations from the data analysis, and revisit a computational approach that ENCODE used to predict gene expression, with a focus on the human transcriptome and its association with chromatin modifications.
Telomeres are nucleoprotein complexes at the physical ends of linear eukaryotic chromosomes. They protect the chromosome ends from various external attacks to avoid the loss of genetic information. Telomeres are maintained by cellular activities associated with telomerase and telomere-binding proteins. In addition, epigenetic regulators have pivotal roles in controlling the chromatin state at telomeres and subtelomeric regions, contributing to the maintenance of chromosomal homeostasis in yeast, animals, and plants. Here, we review the recent findings on chromatin modifications possibly associated with the dynamic states of telomeres in Arabidopsis thaliana.
유핵세포의 게놈(genome)은 단백-DNA복합체인 염색질(chromatin)의 형태로 존재하는데, 생명현상을 유지하기 위해서는 생명체 또는 세포가 처한 상황에 맞게 염색질의 구조를 변화시키는 역동적인 조절기전이 필요하다. 염색질을 구성하는 기본단위는 히스톤 8량체 (histone octamer)를 포함하는 뉴클레오좀(nucleosome)이다. 히스톤 단백에는 여러 종류의 공유결합성 수식이 일어나는데, 그 중 하나가 라이신 잔기(lysine residue)에 일어나는 메틸화이다. 최근 수년간의 연구로 여러 개의 히스톤 라이신 메틸화효소(histone lysine methyltransferase, HKMT), 이에 결합하는 염색질단백 및 메틸화와 관련된 후생유전학적 현상이 밝혀졌으며, 특히 정밀한 연구방법을 동원한 다방면의 실험을 통하여 비록 자세한 기전과 전체적인 윤곽의 규명은 미흡하더라도 라이신 메틸화가 후생유전학적 변화를 초래하는 일부 과정이 규명 되었다. 또한 여러 종류의 라이신 탈메틸화효소가 최근에 발견됨에 따라, 아세틸화, 인산화등 다른 공유결합성 수식보다는 상대 적으로 안정되더라도, 히스톤 메 틸화로 유발되는 후생유전학적 변화가 불가역성이 아님을 알게 되었다.
Candida albicans is a major pathogenic fungus in humans, and meets at first the innate immune cells, such as macrophages, in its host. One important strategy of the host cell to kill C. albicans is to produce reactive oxygen species (ROS) by the macrophages. In response to ROS produced by the macrophages, C. albicans operates its defense mechanisms against them by expressing its oxidative stress response genes. Although there have been many research studies explaining the specific transcription factors and the expression of the oxidative stress genes in C. albicans, the regulation of the oxidative stress genes by chromatin structure is little known. Epigenetic regulation by the chromatin structure is very important for the regulation of eukaryotic gene expression, including the chromatin structure dynamics by histone modifications. Among various histone modifications, histone acetylation is reported for its direct relationship to the regulation of gene expression. Recent studies reported that histone acetyltransferases regulate genes to respond to the oxidative stress in C. albicans. In this review, we introduce all histone acetyltransferases that C. albicans contains and some papers that explain how histone acetyltransferases participate in the oxidative stress response in C. albicans.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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