Biologia cellulare e molecolare (parte 1 di 2)

Modifiche degli istoni e la loro importanza

E vediamo come gli istoni siano modificabili enormemente e gli istoni sono ricchi in Lys e Arg che sono residui basici positivi e per altro sono presentianche nelle code, infatti sono ricchi di gruppi amminici che di fatto sono molto reattivi quidni questo presta queste code a essere molto coinvolte inmodiofiche e reazioni chimiche. E queste modifiche che ci sono porta proprio a mascherare questi domini carichi, dove la carica elettrostatica è unsegnale molto forte, ovvero che può arrivare a proagarsi molto più a distanza rispetto a semplici legami come a idrogeno o modifiche non di carica,quidni di legami deboli, quidni mascherare le cariche è una modifica improtantissima. Allora parliamo del codice istonico a proposito di tutte questemodifiche. Allora la dinamica dell'istone che si modiica lo porta a una serie di varianti, tutte predisponenti verso un certo tipo di stato di attivazionein un certo luogo della cromatina. Quindi abbiamo quelli che

impongono segnali, i writers, poi abbiamo i readrs che leggono le modifiche e poi ierasers che invece vanno a farsi carico di certe altre modifiche. Quindi è questa dinamica di collegamenti e modifiche che portano a orchestrare il sistema programmato per quella zona di crimatina. In termini di nomencaltura quando parliamo di modifica post-traduzionale parliamo del nome dell'istone, poi nome e posizione dell'aa coivolo e infine il tipo di modifica, per esempio H4K27ubn quindi istone H4, Lys-27 dove si ha ubiquitinazione. Quindi, vediamo gli scrittori, i writers, gli aa che ricevano modifiche sono Ser/Thr/Tyr che fanno soprattutto fosforilazione, e poi Lys e Arg, dove nellspecifico la Lys è quella più modificabile, con metilazioni, ubiquitinazioni, biotinilazione (medaita dall'enzima olocarbossilasi sintasi), acetilazione eribosilazione, l'arginina è invece per lo più metilabile o deaminabile. E dato che il processo di assemblaggio

E arrivo è coordinato nel tempo, anche gli enzimi che si attivano e modificano hanno a loro volta una dinamica di arrivo, realizzazione e spegnimento e quindi la cooperazione vista prima si ha anche nella fase di queste modifiche post-traduzionali che vedono un primo evento precoce che non per forza è collegato a aumento della cromatina, ma c'è un segnale di pre-apertura che inizia l'apertura e via via ci devono essere l'arrivo di altri fattori che facilitano l'apertura della cromatina in quel punto. Infatti potrei partire ma poi per esempio fermarmi quasi in fondo nel caso in cui questi attori non dovessero via via arrivare. Quindi devo far arrivare via via questi attori e via via questo ci serve per andare a facilitare via via sempre di più questa apertura. Gli erasers sono invece quelli che si danno come farmaci antitumorali, come deacetilasi, sirtuine, demetilasi, de-ubiquitinasi e fanno tutti l'opposto dei writer. Le

reazioni bisogna considerarle nel caso che ogni reazione sia sempre reversibile, questa è la cosa importante, quidni sono reazioni protateavanti e indietro sempre da due enzimi diversi per esempio la HAC e HDAC sono due enzimi diversi come le demetilasi e metilasi.Differnziamo ora i vari segnali, perché sulle arginine vediamo la metilazione e è possibile fare solo due reazioni, dimetilaizone asimmetrica oppure simmetrica. La lisina invece viene solitamente vista come se fossero tre forme, mono, di e tri-metilazione, che ovviamente compaiono in questoordine, quindi non avermo mai una Lys trimetilata senza che sia stata priam mono e dimetilata. Queste modifiche sono ereversibili ma non sempresono facili da revertire, infatti sono comunque aminoacidi e quindi la coda dell'aa ha un suo ingombro e quindi anche a livello enziamtico ha una suareattività. Per esempio la demetilazioen della mono-metil-arginina forma la citrullina, entrando nel ciclo dell'urea.quindi composte da più domini strutturalmente riconoscibili. Questi domini possono interagire con specifiche modificazioni post-traduzionali, come la metilazione o la fosforilazione, e svolgere un ruolo importante nella regolazione dell'attività delle proteine. Ad esempio, la metilazione della lisina può influenzare l'interazione tra una proteina e il suo partner molecolare, modificando così la funzione della proteina stessa. Allo stesso modo, la fosforilazione di un residuo di amminoacido può attivare o disattivare una proteina, regolando la sua attività cellulare. È interessante notare che queste modificazioni post-traduzionali possono essere reversibili, grazie all'azione di specifiche enzimi come le demetilasi o le fosfatasi. Questi enzimi sono in grado di rimuovere le modificazioni e ripristinare lo stato originale della proteina. In conclusione, le modificazioni post-traduzionali svolgono un ruolo fondamentale nella regolazione dell'attività delle proteine e nella comunicazione cellulare. La comprensione di queste modificazioni e dei loro effetti sulle proteine è di grande importanza per la ricerca scientifica e per lo sviluppo di nuove terapie.

E per esempio le Lys acetilate sono legate da dei bromo-domini che appunto riconoscono la Lys acetilata, infatti mentre viene acetilata e deacetilata viene continuamente legata e staccata da questi domini. La metilazione su Lys invece si riconosce dai cromo-domini di vario tipo, più tipi rispetto all'acetilazione, proprio perché la metilazione ha un ruolo un po' più a lungo termine. Quindi in generale tutti questi domini sono fatti per essere complementari alla loro aa modifica in un certo modo, quindi sono sistemi pre-formati e l'assemblaggio continuo di questi lettori forma la decodifica del messaggio e verso l'esterno portano questa codifica del messaggio esponendo domini che permettono di richiamare tanti fattori per certi significati poi diversi in base al messaggio letto da questi readers. L'importante è anche poter riconoscere questi domini, infatti è molto facile coi metodi attuali capire come sia la struttura di una proteina.

ipotizzandoin silico una possibile struttura con una proiteina che ha poi a che fare con qualcosa che ha una struttura simile con sequenza che è nota, e quindi si dice che la similità è abbastanza alta, la struttura è abbastanza simile a quella nota. E le proteine sono più o meno fatte in questa maniera se vogliono legare i vari aa modificati degli istoni ed è come se fosse il coltellino svizzero della modifica della cromatina, quindi ci si basa su tutti questi domini che fanno tutte queste cose. Allora, vediamo le conseguenze di avere queste modifiche, ricordando che l'istone H2A e B ricevono su modifiche una serie di acetilazioni e tutti questi residui sono possibilmente marcatori di attivazione, infatti le lisine che si acetilano marcano una zona come aperta a leggibile, viceversa per esempio nell'istone H3 la Lys 56 acetilata ha invece il segnale del tutto opposto, di silenziamento. Questo per dire che ogni aa ha uno stato dimodificache ha un significato. Allora trasformare il segnale di apertuira della cromatina in effettiva apertira portando avanti il reclutamento della trascrizione, è qualcosa che ha ache fare con al dinamica degli eventi e questo continuo legare e slegare non fa che allentare con forme diversi qualcosa che prima aveva una suaregolarità, dove regolarità indica rigidità di compattezza. Allora se richiamo proteine di forme diverse, perturbol'ambiente rigido iniziale e questo comporta a generare unacondizione meno rigida e strutturata, allora quando ho tuttiquesti legami sugli istoni avrò una conformazione aperta,infatti una volta che ho aperto uan zona priam chiusa e horiempito questo spazio, poi la stutturta non si richiude più,e quindi qui arrivano quei fattori di rimodellamento chedicevamo prima, facendo allora arrivare sulla sequenza delDNA vera e propria i vari fattori che poi richiamanoeffettivamente la macchian di trascrizione. Iltutto allora è regolato dall'andare a mascherare le cariche positive degli istoni e scioglere il DNA. Però quello che vediamo in figura come filamento di DNA lineare, se fosse davvero così si romperebbe quel filamento, allora quasi mai si arriva a - 9 - questa condizione, e anche quando il DNA è legato dalla polimerasi, subito dopo l'istone si rimonta e il DNA si richiude perché il DNA deve essere sempre protetto. Le Lys rappresentano un sito che in realtà è come se fosse in competizione, andando da 1 a 3 metilazione, poi si aggiunge anche l'acetilazione, e tutte queste varianti rendono la Lys un sito che si manifesta in modi molto diversi e quindi si presta a essere interessata a essere letta in modi molto diversi. Mentre l'arginina invece ha un modo solo di essere modificata abbiamo detto. E di nuovo, leggere le metilazioni da parte dei readers provoca delle conseguenze in base al tipo di modifica, sia di spegnimento che.

attivazione.Volendo vedere tutto funzionalmente, quando si ha queste modificazioni più o meno intense sono frammenti di cromatina e quidni di istoni metilati,demetilati, fosforilati ecc… organizzati intorno alla zona iniziale della trascrizione, e ci sono tutti i programmi organizzati per innescare i sistemi dirichiamo per la RNA polimerasi. E via via allontanandosi dal promotore ci sono dei segnali che si riducono via via di segnale attivatorio, quindi si vedeche in prossimità dell’attivazione si ha sempre più un accumulo di segnali, infatti via via che la polimerasi si sposta, uguale si spostano queste modifichefacendo liberare il DNA mano a mano che la polimerasi scorre. I geni attivi si comportano proprio con queste che potremmo dire a onda che avanzavia via come stato di attivazione. Quando il gene è spento, in basso in figura, si vede qualcosa molto meno dinamico, ovvero si vede un segnalecostante di tipo di metilazione del DNA e quidni

completa chiusura, si attiva un processo di cascata che coinvolge altri attori a livello cellulare. Durante il differenziamento cellulare, la condensazione della cromatina è un fenomeno che si verifica quando un sistema aperto deve chiudersi. Questo avviene attraverso segnali cooperativi, in cui un segnale favorisce l'arrivo del successivo, creando una cascata di eventi che è difficile fermare una volta avviata. Quando una regione cellulare deve chiudersi, recluta un "writer" che scrive la chiusura. Questo "writer" è adesivo a una specifica istone e lavora principalmente su punti selettivi. L'arrivo di questa modifica può anche influenzare il DNA, poiché il "writer" può reclutare modificatori del DNA. Quindi, il processo di modifica coinvolge sia le istoni che il DNA stesso. Una volta che l'enzima modificatore inizia il processo di chiusura, si può osservare che il sistema diventa stabile.

richiamoarriva la proteian lettrice, il reader, che a sua volta fa avvenire la chisuura, poi però arriva un altro writer e così via e a partire da un punto si va avantiper una chiusura progressiva, dove abbiamo proteine che allora rimangono fortmenete legate alle protiene, infatti le protiene che regolano lacondensaizone, rispetto a quelle che mediano l'apertura, sono segnali molto stabili e ques