Recycling av histoner genom transkription

Celler ägnar sig åt "recycling" i det lilla formatet genom att återanvända en del av histonerna som används för att packa DNA, enligt en aktuell studie från Karolinska Institutet. Studien, som publiceras i tidskriften Genome Research, är gjord i jästceller, men det är troligt att liknande mekanismer har betydelse även hos människa.

Även celler ägnar sig åt energibesparing och återanvändning. I det här fallet handlar det om histonerna, de proteiner som håller cellens DNA förpackat genom att snurra det runt sig själva som tråd runt trådrullar. Komplexet av DNA och histoner kallas kromatin och det kan vara hårdare eller lösare packat. Graden av packning kontrollerar vilka gener som för tillfället uttrycks genom att påverka hur lätt det är för transkriptionsenzymer, så kallade RNA-polymeras, att binda till DNA och läsa av DNA-sekvensen. Under transkription av aktiva gener plockas histonerna tillfälligt bort från kromatinet för att RNA-polymeraset ska komma åt DNA:t.

I den aktuella studien studerade forskarna hur genuttryck påverkar kromatinets sammansättning. Tidigare studier har visat att det oftast är nybildade histoner som byggs in i kromatinet under transkription.

– Vi visar i stället att kontinuerlig transkription leder till återanvändning av gamla histoner, säger Peter Svensson vid institutionen för biovetenskaper och näringslära, en av forskarna bakom studien.

Flertal modifieringar

Histoner i kromatinet har ofta ett flertal modifieringar i form av kemiska markörer. Modifieringarna skiljer sig åt mellan aktiva respektive tysta, avstängda regioner i DNA, och hjälper cellen att minnas vilka gener som inte används.

– Mönster av dessa modifieringar tar lång tid att skapa och genom att återanvända histonerna kan cellen bevara regionen aktiv. Vi har även sett att proteinkomplexet FACT är nödvändigt för att sätta tillbaka mogna histoner som tillfälligt tagits bort från kromatinet under transkriptionen, säger Peter Svensson.

Upptäckten pekar på att transkription av gener har en histonbevarande funktion och att cellen effektivt kan återanvända de ursprungliga histonerna. På så sätt kan den spara energi och samtidigt bevara ett cellulärt (epigenetiskt) minne i kromatinet. Däremot sätts nya histoner, som saknar kemiska markörer eller har andra modifieringar än de mogna histonerna, in i kromatinet när gener går mellan tyst och aktivt stadium.

I den nya studien användes jästceller som modellsystem, men de inblandade proteinerna och deras funktioner är till stor del evolutionärt bevarade i mänskliga celler, och forskarna tror att liknande mekanismer antagligen har en generell betydelse. Arbetet har gjorts med stöd av anslag från Vetenskapsrådet, Cancerfonden och Karolinska Institutet.

Text: Karin Söderlund Leifler

Publikation

A nucleosome turnover map reveals that the stability of histone H4 Lys20 methylation depends on histone recycling in transcribed chromatin
J Peter Svensson, Manu Shukla, Victoria Menendez-Benito, Ulrika Norman-Axelsson, Pauline Audergon, Indranil Sinha, Jason C Tanny, Robin C Allshire, Karl Ekwall,
Genome Research, published online in advance March 16, 2015, doi:10.1101/gr.188870.114