Histon Modifikasyonları Nedir? Metilasyon, Asetilasyon ve Diğer Epigenetik İşaretler

Giriş

Histonlar yalnızca DNA’nın etrafına sarıldığı yapısal proteinler değildir. Histonların belirli bölgelerinde gerçekleşen kimyasal değişiklikler, kromatinin özelliklerini ve kromatinle etkileşen proteinleri etkileyebilir.

Bu değişiklikler genel olarak histon post-translasyonel modifikasyonları (PTM’ler) olarak adlandırılır.

Histon modifikasyonları epigenetik araştırmaların önemli konularından biridir. Ancak bu modifikasyonları basit biçimde “geni açan” veya “geni kapatan” işaretler olarak değerlendirmek doğru değildir. Etkileri; modifikasyonun türüne, bulunduğu aminoasit pozisyonuna, komşu modifikasyonlara ve hücresel bağlama göre değişebilir.

En sık araştırılan histon modifikasyonları

Histonlarda çok sayıda farklı modifikasyon tanımlanmıştır. Bunların arasında özellikle şu gruplar araştırmalarda sık karşılaşılır:

• Metilasyon
• Asetilasyon
• Fosforilasyon
• Ubikitinasyon
• Sitrülinasyon
• SUMOylasyon
• ADP-ribozilasyon
• Daha yakın dönemde karakterize edilen çeşitli metabolik kökenli modifikasyonlar

Bu modifikasyonların her biri farklı biyokimyasal özelliklere sahiptir.

Histon metilasyonu

Metilasyon özellikle histon H3 üzerinde yoğun olarak araştırılan modifikasyonlardan biridir.

Bir lizinin tek, iki veya üç kez metillenmesi sırasıyla:

me1 → me2 → me3

şeklinde gösterilir.

Örneğin H3K4me3, H3K27me3 ve H3K9me3 farklı histon metilasyon durumlarını ifade eder.

Önemli nokta şudur: Histon metilasyonu her zaman aynı biyolojik sonucu doğurmaz.

Belirli metilasyonların farklı kromatin durumlarıyla ilişkili olduğu gösterilmiş olsa da, sonuç modifikasyonun konumuna ve hücresel bağlama bağlıdır.

Histon asetilasyonu

Asetilasyon da histon biyolojisinin en çok araştırılan konularındandır.

Örneğin H3K27ac, histon H3’ün 27. pozisyonundaki lizinin asetillenmesini ifade eder.

Histon asetilasyonu, kromatin düzenlenmesi ve transkripsiyonel aktiviteyle ilişkili birçok süreçte rol oynar.

Asetilasyon ve deasetilasyon arasındaki denge, histon asetiltransferazlar ve histon deasetilazlar gibi enzimler tarafından düzenlenir.

Fosforilasyon

Histon fosforilasyonu, özellikle DNA hasarı ve kromatin yanıtı bağlamında dikkat çekmektedir.

Bunun en bilinen örneklerinden biri H2AX’in Ser139 pozisyonundaki fosforilasyonudur.

Bu modifikasyon γH2AX olarak adlandırılır ve DNA hasarı yanıtı araştırmalarında yaygın olarak incelenir.

γH2AX konusu bu serinin ilerleyen bölümlerinde ayrıca ele alınacaktır.

Ubikitinasyon ve diğer modifikasyonlar

Histonlarda ubikitinasyon da önemli bir modifikasyon türüdür.

Bunun yanında araştırmalar histonlarda sitrülinasyon, krotonilasyon, laktillasyon, malonilasyon ve başka birçok modifikasyonun da bulunduğunu göstermektedir.

Histon PTM araştırmalarının kapsamı zaman içerisinde genişlemektedir.

Özellikle kütle spektrometrisi gibi yüksek duyarlılıklı yöntemler, aynı örnekte çok sayıda histon modifikasyonunun birlikte incelenmesine olanak sağlamaktadır.

Modifikasyonlar tek başına değerlendirilmemeli

Histon biyolojisinin önemli özelliklerinden biri, modifikasyonların birbirinden bağımsız düşünülmemesidir.

Aynı histon kuyruğunda birden fazla modifikasyon bulunabilir. Bir modifikasyon başka bir modifikasyonun tanınmasını veya ilgili proteinlerin bağlanmasını etkileyebilir.

Bu nedenle günümüzde histon biyolojisi yalnızca tek tek işaretlerin incelenmesinden ziyade, modifikasyonların oluşturduğu daha karmaşık moleküler ortam üzerinden değerlendirilmektedir.

Araştırmalarda neden önemlidir?

Histon modifikasyonlarının araştırılması, araştırmacıların kromatin durumundaki değişiklikleri anlamasına yardımcı olabilir.

Örneğin:

• Gen ekspresyonunun düzenlenmesi
• Hücre farklılaşması
• DNA replikasyonu
• DNA hasarı ve onarımı
• Kromatin organizasyonu
• Gelişimsel süreçler
• Kanser biyolojisi

gibi birçok araştırma alanında histon modifikasyonları incelenmektedir.

Sonuç

Histon modifikasyonları, kromatin biyolojisinin önemli bileşenlerinden biridir.

Metilasyon, asetilasyon, fosforilasyon ve diğer modifikasyonlar farklı biyolojik süreçlerle ilişkilidir. Ancak bu işaretlerin anlamı yalnızca modifikasyonun adına bakılarak belirlenemez; modifikasyonun konumu, düzeyi, komşu işaretler ve hücresel bağlam birlikte değerlendirilmelidir.

Bu serinin devamında

Bir sonraki yazımızda araştırmalarda sık karşılaşılan üç önemli histon metilasyon işaretini daha yakından inceleyeceğiz:

H3K4me3, H3K27me3 ve H3K9me3 Nedir?