Мутации гистона H3.3 «K-to-M»: как подавление репрессоров может вызывать специфические для тканей виды рака

В 2012 году исследователи обнаружили, что мутации в гене, кодирующем гистон H3.3, встречаются в агрессивных педиатрических опухолях мозга. Это стало сенсацией, так как мутации гистонов ранее не связывали с заболеваниями.

Молекулярные биологи классифицируют эти мутации как «K-to-M», потому что нормальный остаток лизина (K) в белке заменяется на метионин (M). В детских опухолях мутации K-to-M происходили у остатка лизина 27 (K27) гистона H3.3. Учёные предположили, что даже небольшое количество этих повреждённых белков в ядре «глушит» крупный репрессорный комплекс PRC2. В норме PRC2 действует как фермент, добавляя к лизинам гистонов одну или несколько метильных групп, что подавляет экспрессию генов, сжимая ДНК в непроницаемую спираль.

Чтобы выяснить механизм, команда под руководством Али Шилатифарда создала первую животную модель на плодовой мушке Drosophila для изучения эффектов двух разных мутаций K-to-M в гистоне H3.3.

• Исследователи создали версию гистона H3.3, имитирующую мутацию K27-to-M, и встроили её в ткани эмбрионов мух.
• Используя антитела, распознающие метилированные лизины, они обнаружили, что наличие мутантного белка достаточно для снижения глобального метилирования нормальных белков гистона H3.3 по K27, как при потере репрессора PRC2.
• Аналогичные результаты были получены для мутации K9-to-M (лизин 9).

Это подтвердило in vivo, что мутации K-to-M в гистоне H3.3 подавляют ключевой репрессор PRC2, но не объяснило механизм.

Сравнение с помощью масс-спектрометрии факторов, связывающихся с нормальным и мутантным гистоном H3.3, выявило важную деталь: мутантный гистон H3K9 аномально связывался с деметилазой KDM3B.

«Это говорит о том, что эти мутации неадекватно "притягивают" деметилирующий фермент к хроматину, который затем стирает метильные метки на окружающих гистонах», — объясняет Марк Морган, соавтор работы.

Потеря метильных меток может позволить экспрессироваться nearby генам. Эксперименты подтвердили, что экспрессия деметилазы KDM3B снимала репрессию генов в тканях (например, в слюнных железах), подобно экспрессии мутанта H3K9. Это поддерживает идею, что мутации K-to-M рекрутируют деметилазу (такую как KDM3B), которая деметилирует хроматин на остатке K9 соседних белков H3.3, что, вероятно, раскручивает хроматин и активирует гены, которые должны быть «выключены».

Такие события могут вызывать рак различными путями. Например, онкогены, обычно «заглушаемые» метилированием остатка K9, могут активироваться в присутствии мутации.

Интересно, что другие исследователи недавно сообщили о другой мутации K-to-M (в остатке 36 гистона H3.3) при хондробластоме, подтипе рака кости. Почему мутации K-to-M так специфичны для конкретного типа рака, неизвестно, но Шилатифард уверен, что они играют центральную, а не второстепенную роль в опухолегенезе.

«Неохарактеризованные мутации K-to-M могут встречаться и при других видах рака. Наша работа позволяет идентифицировать молекулярных игроков, вовлечённых в сигнализацию хроматина у Drosophila, а затем применить эти выводы к человеческим клеткам», — говорит он.

Исследование опубликовано в выпуске журнала Science от 29 августа 2014 года.