ヒストン修飾とは？

ヒストンは、核に存在する塩基性のタンパク質です。正に荷電した塩基性アミノ酸を豊富に含み、DNAの負に荷電したリン酸基と相互作用していることが知られています。ヒストンは、一般的には、H1、H2A、H2B、H3、H4の5種類が存在します。真核生物の核の中では、DNAは4種類のコアヒストン（H2A、H2B、H3、H4）から成るヒストン8量体に巻き付いて、ヌクレオソームを形成しています。このDNAとヒストンの複合体であるヌクレオソームが連なった構造をクロマチンと呼びます。ヒストンH1は、コアヒストンとは異なり、ヌクレオソーム間のDNA（リンカーDNA）に結合するリンカーヒストンです。ヌクレオソーム構造およびクロマチンの高次構造の安定化への関与が知られています。

ヒストンのコア領域に含まれないN末端・C末端側の領域をヒストンテールと呼び、アセチル化、メチル化、リン酸化、モノユビキチン化など様々な翻訳後修飾を受けていることが報告されています。これらの修飾はクロマチン構造を変化させ、エピジェネティックな遺伝子発現制御に関わっていると考えられています。

一般に、ヒストンのアセチル化は、遺伝子の発現を促進する方向に働きます。ヒストンアセチル基転移酵素によって、アセチル基がヒストンテールに付加されると、ヒストンの正電荷が減少し、ヒストンとDNAの間の電気的な相互作用が減少するために凝集したヌクレオソーム構造が緩み、RNAポリメラーゼがプロモーター領域に結合しやすくなるためです。 逆に発現を抑制する場合は、ヒストン脱アセチル化酵素によってアセチル基が除去され、その結果、ヒストンとDNAの結合が強固になり、遺伝子の発現は抑制されます。 がんでは、ヒストンの脱アセチル化によってがん抑制遺伝子の発現が負に制御されている例が報告されており、ヒストン脱アセチル化酵素は抗がん剤の標的として注目されています。ヒストンアセチル基転移酵素、ヒストン脱アセチル化酵素ともに多くの種類が知られています。

ヒストンアセチル化によるクロマチン構造の変化

ヒストンのメチル化は、ヒストン分子のアルギニンやリジン残基に生じ、遺伝子発現の促進、抑制、どちらにも働きます。例えば、Set1というヒストンメチル化酵素がヒストンH3の4番目のリジンをメチル化すると、遺伝子の発現が促進されます。一方、Suv39h1などのヒストンメチル化酵素によって9番目のリジンがメチル化されると、HP1と呼ばれるタンパク質が結合し、ヌクレオソームが凝縮し、ヘテロクロマチンの形成が促進されるため、転写が抑制されます。ヒストンメチル化酵素も多くの種類があります。

ヒストンメチル化によるクロマチン構造の変化

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