АТФ-зависимые комплексы ремоделирования хроматина

АТФ-зависимые комплексы ремоделирования хроматина — это молекулярные машины, которые используют энергию гидролиза АТФ для перемещения, реструктуризации или удаления нуклеосом. Перемещая нуклеосомы с регуляторных участков ДНК или на них, они контролируют доступность определенных частей генома, что делает их центральными регуляторами транскрипции, репликации и репарации ДНК.

Definition

АТФ-зависимые комплексы ремоделирования хроматина — это мультисубъединичные ферменты, содержащие АТФазу семейства SNF2, которые гидролизуют АТФ для скольжения, вытеснения или иной реструктуризации нуклеосом, тем самым изменяя доступность нижележащей ДНК.

Scope

Эта тема охватывает семейства АТФ-зависимых ремоделеров, общий каталитический механизм, посредством которого они транслоцируют ДНК на нуклеосоме, и функциональные результаты ремоделирования, такие как скольжение нуклеосом, их вытеснение и обмен вариантами гистонов. Она рассматривает ремоделирование как структурную и регуляторную тему в рамках биологии хроматина и не является клиническим руководством.

Core questions

• Как комплексы ремоделирования используют АТФ для перемещения нуклеосом вдоль ДНК?
• Что отличает основные семейства ремоделеров и их функциональные роли?
• Как ремоделирование открывает или закрывает регуляторные области для контроля функции генома?

Key concepts

• АТФазный мотор семейства SNF2
• Семейства SWI/SNF, ISWI, CHD и INO80
• Скольжение нуклеосом
• Вытеснение и расположение нуклеосом
• Обмен вариантами гистонов
• Транслокация ДНК

Key theories

Модель транслокации ДНК при ремоделировании нуклеосом

Ремоделеры действуют как ДНК-транслоказы: АТФаза семейства SNF2 связывается внутри нуклеосомы и перекачивает ДНК вокруг гистонового октамера, генерируя петли или скручивания, которые распространяются для изменения положения нуклеосомы; этот механизм был синтезирован для всех семейств ремоделеров Clapier и его коллегами.

Mechanisms

Все АТФ-зависимые ремоделеры имеют консервативную АТФазу семейства SNF2, которая функционирует как ДНК-транслоказа. Мотор взаимодействует с нуклеосомной ДНК, обычно на фиксированном расстоянии от диады, и использует циклы связывания и гидролиза АТФ для втягивания ДНК внутрь, создавая временное выпячивание или скручивание, которое распространяется вокруг октамера и сдвигает положение нуклеосомы. Различные семейства связывают этот общий мотор с различными результатами: ремоделеры типа SWI/SNF, как правило, открывают ДНК путем скольжения или вытеснения нуклеосом, ремоделеры типа ISWI и CHD располагают и собирают регулярные нуклеосомные массивы, а ремоделеры типа INO80 обменивают варианты гистонов и перемещают нуклеосомы. Вспомогательные субъединицы направляют комплексы к специфическим локусам и реагируют на модификации гистонов, интегрируя ремоделирование с транскрипционными сигналами и с потребностями хроматина в репликации и репарации.

Clinical relevance

Субъединицы комплексов ремоделирования хроматина, особенно семейства SWI/SNF, часто изменяются при онкологических заболеваниях, а дефекты ремоделеров изучаются при нарушениях развития, что отражает важность регулируемой доступности нуклеосом. Эта статья обобщает молекулярный механизм и контекст исследований и не является основой для диагностики или лечения.

History

АТФ-зависимая активность ремоделирования была идентифицирована в 1990-х годах в ходе генетических и биохимических исследований комплекса SWI/SNF дрожжей, который, как было показано, изменяет структуру нуклеосом энергозависимым образом. Последующая характеристика семейств ISWI, CHD и INO80 выявила общий мотор семейства SNF2 и разнообразие биологических ролей, а обзоры Clapier и Cairns объединили их в единую механистическую основу.

Key figures

• Bradley Cairns
• Cedric Clapier
• Craig Peterson
• Genevieve Almouzni

Seminal works

• clapier-2009
• clapier-2017

Frequently asked questions

Что делает АТФ-зависимый ремоделер хроматина?

Он использует энергию гидролиза АТФ для перемещения, реструктуризации или удаления нуклеосом, изменяя доступность участков ДНК, чтобы аппарат генома мог получить доступ к определенным областям или быть заблокированным от них.

Чем ремоделеры хроматина отличаются от ферментов, модифицирующих гистоны?

Ремоделеры физически перемещают или реструктурируют нуклеосомы, используя АТФ, тогда как ферменты, модифицирующие гистоны, добавляют или удаляют химические метки на гистонах; они сотрудничают, но действуют посредством разных механизмов.