H3K9me2

H3K9me2は、DNAパッケージングタンパク質ヒストンH3のエピジェネティック修飾である。これは、ヒストンH3タンパク質の9番目のリジン残基のジメチル化を示すマークである。H3K9me2は転写抑制と深く関連している。^{[1] [2] [3] H3K9me2}レベルは、転写開始部位を囲む10kbの領域において、活性遺伝子と比較してサイレント遺伝子で高くなっている。^{[4] H3K9me2は、}アセチル化を禁止してRNAポリメラーゼまたはその調節因子の結合を阻害することによって受動的に、また転写リプレッサーをリクルートすることによって能動的に遺伝子発現を抑制している。^{[6] [7] H3K9me2は、主に遺伝子がまばらな領域内に位置するが、遺伝子間および}遺伝子間の間隔も含む、Large Organised Chromatin K9 domains (LOCKS)と呼ばれるメガベースブロックにも見つかっている。^{[8] [9] [10] [11]}その合成は、G9a、G9a様タンパク質、およびPRDM2によって触媒されます。^{[1] [3] [12]} H3K9me2は、KDM1、KDM3、KDM4、およびKDM7ファミリーメンバーを含む広範囲のヒストンリジン脱メチル化酵素（KDM）によって除去できます。^{[13] [6] H3K9me2は、}細胞系統の決定、^{[10] [14]}体細胞から誘導多能性幹細胞への再プログラム、^[15]炎症反応の調節、^{[16] [17]薬物使用への}依存など、さまざまな生物学的プロセスに重要です。^{[2] [18] [19] [20]}

H3K9me2はヒストンH3タンパク質サブユニット上のリジン9のジメチル化を示す：^[21]

この図はリジン残基の進行性メチル化を示しています。ジメチル化 (左から 3 番目) は H3K9me2 に存在するメチル化を示します。

真核細胞のゲノム DNA は、ヒストンと呼ばれる特殊なタンパク質分子に巻き付いています。DNA のループによって形成される複合体はクロマチンと呼ばれます。クロマチンの基本構造単位はヌクレオソームです。これは、ヒストンのコア オクタマー (H2A、H2B、H3、H4) とリンカー ヒストン、および約 180 塩基対の DNA で構成されています。これらのコア ヒストンには、リジンとアルギニン残基が豊富に含まれています。これらのヒストンのカルボキシル (C) 末端は、ヒストン間相互作用だけでなく、ヒストンと DNA 間の相互作用にも寄与しています。アミノ (N) 末端の荷電テールは、H3K9me2 に見られるような翻訳後修飾の場所です。 ^{[22] [23]}

ヒストン修飾複合体またはクロマチンリモデリング複合体によるヒストンテールの翻訳後修飾は細胞によって解釈され、複雑で組み合わせた転写出力につながる。ヒストンコードは、特定領域内のヒストン間の複雑な相互作用によって遺伝子の発現を指示すると考えられている。^[24]ヒストンに関する現在の理解と解釈は、2つの大規模プロジェクト、ENCODEとエピゲノムロードマップから生まれたものである。^[25]エピゲノム研究の目的は、ゲノム全体にわたるエピジェネティックな変化を調査することでした。これにより、異なるタンパク質やヒストン修飾の相互作用をグループ化することでゲノム領域を定義するクロマチン状態が生まれました。ショウジョウバエ細胞におけるクロマチン状態は、ゲノム内のタンパク質の結合場所を見ることで調査されました。クロマチン免疫沈降（ChIP）シーケンシングの使用により、異なるバンドを特徴とするゲノムの領域が明らかになりました。^[26]ショウジョウバエでも様々な発達段階がプロファイリングされ、ヒストン修飾の関連性に重点が置かれました。^[27]得られたデータを調べたところ、ヒストン修飾に基づいたクロマチン状態の定義ができました。^[28]特定の修飾がマッピングされ、特定のゲノム領域に濃縮が局在していることがわかりました。5つのコアヒストン修飾が見つかり、それぞれがさまざまな細胞機能に関連していました。

• H3K4me3 -プロモーター
• H3K4me1 - プライムされたエンハンサー
• H3K36me3遺伝子本体
• H3K27me3 -ポリコーム抑制
• H3K9me3 -ヘテロクロマチン
• H3K9me2-条件的ヘテロクロマチン

ヒトゲノムはクロマチン状態で注釈付けされました。これらの注釈付き状態は、基礎となるゲノム配列とは独立してゲノムを注釈付ける新しい方法として使用できます。DNA配列からの独立性は、ヒストン修飾のエピジェネティックな性質を強化します。クロマチン状態は、エンハンサーなどの定義された配列を持たない制御要素を識別するのにも役立ちます。この追加レベルの注釈により、細胞固有の遺伝子制御をより深く理解できます。^[29]

依存性薬物の慢性曝露は、ΔFosBを介したG9aの抑制と側坐核におけるH3K9ジメチル化の減少をもたらし、その結果として樹状突起の分枝化、シナプスタンパク質の発現変化、および薬物探索行動の増加を引き起こす。 ^{[2] [18]}対照的に、側坐核のG9a過剰発現はH3K9ジメチル化の顕著な増加をもたらし、慢性薬物使用による神経および行動の可塑性の誘導を阻害する。 ^{[2] [19] [20] [30]}これは、H3K9me2を介したΔFosBの転写因子の抑制と、H3K9me2を介した様々なΔFosB転写標的（例：CDK5）の抑制を介して起こる。^{[2] [18] [19]}これらのフィードバックループにおけるH3K9me2の関与と、依存症のメカニズムの引き金としてのΔFosB過剰発現の中心的な病態生理学的役割により、^{[2] [31]}反復薬物曝露後の側坐核H3K9me2の減少は薬物依存症の発症を直接媒介する。^{[18] [19]}

Rループはフリードライヒ運動失調細胞のFXNにH3K9me2マークとともに発見される。 ^[32]

H3K9me2は、血管平滑筋細胞中の心血管疾患関連遺伝子プロモーターのサブセットに存在し^{[16] 、} NFκBおよびAP-1（活性化タンパク質-1）転写因子の結合を阻害する。^[16]患者の健康な大動脈組織と比較して、ヒトの動脈硬化病変の血管平滑筋細胞ではH3K9me2のレベルが低下していることが観察されている。^[33]糖尿病患者の血管平滑筋細胞は、非糖尿病対照群と比較してH3K9me2のレベルが低下しているため、H3K9me2の調節不全が糖尿病に関連する血管合併症の原因である可能性が示唆されている。^{[34] [35]}血管平滑筋細胞におけるH3K9me2の喪失は、血管疾患モデルにおいて心血管疾患関連遺伝子のサブセットの上方制御を悪化させる。^{[16] [34] [36]}

H3K9me2 を含むヒストン修飾は、さまざまな方法で検出できます。

• クロマチン免疫沈降シーケンシング（ChIPシーケンシング）は、標的タンパク質に結合して免疫沈降されたDNA濃縮量を測定する。この方法は最適化に優れており、細胞内で起こるDNA-タンパク質結合を明らかにするために生体内で使用されている。ChIP-Seqは、ゲノム領域に沿ったさまざまなヒストン修飾のさまざまなDNA断片を識別および定量化するために使用できる。^[37]
• CUT&RUN（標的下での切断とヌクレアーゼを使用した放出）。CUT&RUNでは、標的DNA-タンパク質複合体は、沈殿ステップに従うのではなく、細胞核から直接分離されます。CUT&RUNを実行するには、目的のDNA結合タンパク質に対する特異的抗体とProtA-MNaseを透過性細胞に加えます。MNaseはProtA-抗体相互作用を介して目的のタンパク質に結び付けられ、MNaseは周囲の保護されていないDNAを切断してタンパク質-DNA複合体を放出し、その後、単離して配列決定することができます。^{[38] [39]} CUT&RUNは、従来のChIPと比較してはるかに高い信号対雑音比をもたらすと報告されています。したがって、CUT&RUNはChIPの10分の1の配列深度を必要とし、非常に少ない細胞数を使用してヒストン修飾と転写因子のゲノムマッピングを可能にします。^{[40] [38] [39]}
• 修飾特異的細胞内抗体プローブ。感度の高い蛍光遺伝子コード化ヒストン修飾特異的細胞内抗体（ミントボディ）プローブは、生細胞内のヒストン修飾の変化をモニターするために使用できます。^[41]

• ヒストンのメチル化
• ヒストンメチルトランスフェラーゼ
• メチルリジン