Новая роль фосфорилирования в гетерохроматине
Фосфорилирование — добавление фосфатной группы к белку — широко используется для регуляции клеточных процессов. Хотя этот механизм чаще изучается в цитоплазме, он происходит и в ядре. Ранее было показано, что белок HP1α, участвующий в формировании гетерохроматина, также может фосфорилироваться, но биологическая роль этого события оставалась неясной.
Новое исследование, проведенное командой Киоко Хирагами-Хамады из Лаборатории динамики хроматина (RIKEN) совместно с учеными из Университета Кобе, Университета Квансей Гакуин и AIST, показало, что фосфорилирование HP1α усиливает его способность связываться с гетерохроматином и стабилизирует хромосомы. Работа опубликована в Molecular and Cellular Biology.
Белок HP1, впервые обнаруженный у дрозофилы, — высококонсервативный регулятор репрессии транскрипции в гетерохроматине эукариот. Он имеет два домена:
- Хромодомен (CD) в N-концевой области связывается с метилированным гистоном H3 (H3K9me3).
- Хромо-теневой домен (CSD) в C-конце обеспечивает димеризацию HP1, что важно для формирования гетерохроматина.
Исследователи начали с проверки влияния фосфорилирования на связывание млекопитающих вариантов HP1 (α, β, γ) с H3K9me3. Оказалось, что связывание HP1α с метилированным гистоном H3 зависит от фосфорилирования, в то время как для HP1β и HP1γ такой зависимости нет.
С помощью метода Phos-tag-PAGE было установлено, что HP1α фосфорилирован по нескольким сайтам, и уровень фосфорилирования возрастает во время деления клетки.
Комбинируя Phos-tag-PAGE с сайт-направленным мутагенезом и масс-спектрометрией, ученые идентифицировали ключевые сайты фосфорилирования:
- Серины 11–14 в N-концевой области.
- Серин 93 в шарнирной области.
Тесты на сродство связывания показали, что именно фосфорилирование N-концевых серинов (11–14), но не S93, необходимо для взаимодействия HP1α с H3K9me3. При этом модификация важна для установления связи, но не для её поддержания.
В клеточных экспериментах предотвращение фосфорилирования S14 (путем замены аминокислоты) снижало накопление HP1α в гетерохроматиновых областях. Аналогичную роль играло фосфорилирование серинов 11–13. Замена всех четырех серинов (11–14) в культивируемых клетках мыши приводила к увеличению хромосомных аномалий. Мутация S93 таких эффектов не вызывала.
«Эта работа показывает, что одного хромодомена недостаточно для связывания с метилированным гистоном; связь необходимо усиливать фосфорилированием сайтов в N-конце HP1α, что, что интересно, также способствует стабилизации хромосом», — говорит Дзюн-ити Накаяма. — «Теперь нас интересует, как регулируется это фосфорилирование и какую роль, если вообще играет, в этом процессе серин 93».