Gli istoni sono proteine basiche cariche positivamente, tipiche degli organismi eucarioti, che partecipano alla formazione della struttura della cromatina. La cromatina si distingue in due forme strutturalmente e funzionalmente definite. In particolare, l’eterocromatina, condensata e tipica delle regioni telomeriche e centromeriche, riflette uno stato di inattività genica. L’eucromatina, invece, è molto meno condensata della prima ed è tipica delle regioni genomiche attive, i cui geni sono altamente espressi.
Le proteine istoniche più comuni sono H1,H2A, H2B, H3, H4. Due copie degli istoni H2A, H2B, H3e H4 si assemblano tra loro costituendo l’ottamero istonico. Quest’ultimo è avvolto dal doppio filamento di DNA nucleare, il quale, essendo carico negativamente, mostra elevata affinità di legame per gli istoni; l’ottamero istonico e il DNA avvolto formano il nucleosoma, l’unità strutturale della cromatina. L’istone H1, conosciuto come istone linker, si trova tra nucleosomi successivi.
Gli istoni nucleosomici rappresentano i substrati per numerose modificazioni epigenetiche, comprendenti tutte le modificazioni che non coinvolgono direttamente la sequenza nucleotidica del DNA. Le modificazioni degli istoni più rilevanti sono metilazione, acetilazione e deacetilazione, fosforilazione e monoubiquitinazione. Ogni modificazione epigenetica cambia lo stato di attivazione o di inattivazione della cromatina, riflettendo la capacità di espressione del genoma cellulare oppure il suo silenziamento. Nello specifico,la metilazione dell’aminoacido lisina in posizione 4 dell’istone H3 (H3K4) determina attività genica; per contro la metilazione della lisina in posizione 9 dello stesso istone H3 (H3K9) determina silenziamento genico.
Nel lievito Schizosaccharomyces pombe (ceppo972), è stato osservato che la demetilazione di H3K4 da parte della demetilasi Lid2 e la metilazione di H3K9 da parte di un enzima metiltransferasi specifico per la lisina presente in posizione 9 dell’istone H3, determinano silenziamento genico nelle regioni di eterocromatina centromerica, nelle regioni telomeriche e nei loci silenti del mating type (in italiano, tipo di accoppiamento). Quest’ultimo è definito come l’insieme dei meccanismi molecolari che regolano la compatibilità sessuale negli organismi eucarioti.
Nel lievito Saccharomyces cerevisiae, il mating type è determinato dagli alleli MATa e MATα (alfa) del locus genico MAT situato sul cromosoma 3. Le cellule aploidi di lievito possono cambiare sesso modificando le informazioni contenute nel locus MAT, sostituendo cioè l’allele MATa con l’allele MATα e viceversa. Tale sostituzione avviene grazie alla presenza di copie silenziate di entrambi gli alleli MATa e MATα nello stesso cromosoma, contenute rispettivamente nei locus HMR (HiddenMAT Right, MAT nascosto di destra) e HML(Hidden MAT Left, MAT nascosto di sinistra).
Nel lievito, la formazione dell’eterocromatina nelle regioni telomeriche e nei loci silenti del mating type è regolata dai geni SIR. Tra i prodotti codificati dai geni SIR, le proteine Sir2, o sirtuine, mostrano attività deacetilasica. Le mutazioni nei geni SIR2, SIR3 e SIR4 determinano inattivazione dei locus HMR e HML, implicati nel cambio (switch) del mating type. I loci HMR e HML legano la proteina Rap1, codificata dal gene Rap1 che, a sua volta, lega specificamente ripetizioni C1-3A a livello delle regioni telomeriche.
Le proteine Sir3 e Sir4 interagiscono tra loro formando un eteromultimero. Quest’ultimo lega sia la proteina Rap1 sia le code N – terminali degli istoni H3 e H4 non acetilate.
Dunque, poiché la proteina Rap1 lega il DNA telomerico e recluta la proteina Sir4, la quale lega sia Sir3 sia Sir2 e poiché l’enzima HDAC Sir2 media il legame della cromatina all’eteromultimero Sir3:Sir4, il complesso formato da Sir3:Sir4:Sir2:H3:H4 causa inattivazione della cromatina.
Maria Chiara
Langella
Fonte:
- Mating-type genes and MAT switching inSaccharomyces cerevisiae. Haber JE. 2012. YEASTBOOK CELL SIGNALING & DEVELOPMENT.
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