2) ацетилирование гистонов
3) деметилирование ДНК генов
4) ацетилирование ДНК генов (+)
Перепрограммирование клеток сопровождается стиранием части эпигенетической памяти и формированием нового состояния хроматина, характерного для плюрипотентных клеток. К числу признанных механизмов относятся метилирование и деметилирование ДНК, модификации гистонов, ремоделирование нуклеосом и регуляция некодирующими РНК. Эти процессы изменяют доступность генов для транскрипции, не меняя последовательность нуклеотидов.
Ацетилирование гистонов обычно ослабляет взаимодействие гистонов с ДНК и способствует разрыхлению хроматина, поэтому участвует в активации генов, необходимых для перепрограммирования. Метилирование гистонов имеет контекстно-зависимый эффект: например, H3K4me3 чаще связано с активными промоторами, а H3K9me3 и H3K27me3 — с репрессией генов; перестройка этих меток также является частью смены клеточной программы. Деметилирование ДНК необходимо для удаления тканеспецифической метилированной памяти и реактивации генов плюрипотентности.
Ацетилирование ДНК генов не относится к каноническим и доказанным механизмам эпигенетического перепрограммирования клеток. В классической эпигенетике ацетильные группы присоединяются преимущественно к лизиновым остаткам гистонов, а не к ДНК; для ДНК характерны прежде всего метилирование и его ферментативное или пассивное удаление. Поэтому именно данный вариант является правильным.
| Механизм | Молекулярная мишень | Типичный эффект | Значение при перепрограммировании |
|---|---|---|---|
| Метилирование гистонов | Лизиновые остатки хвостов гистонов | Зависит от положения метки: активация или репрессия транскрипции | Перестройка активных и репрессированных доменов хроматина |
| Ацетилирование гистонов | Лизиновые остатки гистонов | Ослабление контакта гистон–ДНК, деконденсация хроматина | Открытие регуляторных областей и активация генов плюрипотентности |
| Метилирование ДНК | Цитозин в CpG-динуклеотидах | Чаще подавление транскрипции и уплотнение хроматина | Поддерживает исходную клеточную идентичность и должно быть частично стерто |
| Деметилирование ДНК | Метилированные цитозины CpG | Снижение репрессии промоторов и энхансеров | Удаление соматической эпигенетической памяти и активация генов плюрипотентности |
| Ремоделирование хроматина | Нуклеосомы и участки связывания ДНК | Изменение положения и плотности нуклеосом | Регуляция доступности ДНК для транскрипционных факторов |
| Ацетилирование ДНК | ДНК-основания; не является стандартной мишенью эпигенетической регуляции у человека | Не имеет общепринятого физиологического эффекта в перепрограммировании | Не относится к каноническим механизмам клеточного перепрограммирования |
Эпигенетические изменения обратимы и регулируются специализированными ферментами: ДНК-метилтрансферазами, ТЕТ-диоксигеназами, гистон-ацетилтрансферазами и гистон-деацетилазами. Их согласованная работа обеспечивает переход между закрытым и открытым состояниями хроматина. В лабораторной генетике для оценки таких процессов применяют анализ метилирования ДНК, иммунопреципитацию хроматина и секвенирование эпигеномных меток. Отсутствие ацетилирования ДНК в перечне канонических механизмов позволяет отличить этот вариант от биологически обоснованных процессов перепрограммирования.