vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biologyvestnik-bio-msu-800Research ArticleОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕRESEARCH ARTICLEВлияние ацетилирования гистона Н4 на дистанционные взаимодействия в хроматинеEffect of acetylation of histone H4 on communication in chromatinНизовцеваЕ. В.NizovtsevaE. V.

Низовцева Екатерина Вячеславовна — кандидат биологических наук, научный сотрудник Центра исследований рака Фокс Чейз (Филадельфия, США).

Cottman Avenue 333, Philadelphia, PA 19111, Тел. +1-215-728-7405

Cottman Avenue 333, Philadelphia, PA 19111

katrinaniz@gmail.comГерасимоваН. С.GerasimovaN. S.

Герасимова Надежда Сергеевна — кандидат биологических наук, ст. научный сотрудник кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ.

119234, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, 8-495-938-22-91

Leninskiye Gory 1—12, Moscow, 119234

gerasimova@mail.bio.msu.ruСтудитскийВ. М.StuditskyV. M.

Студитский Василий Михайлович — доктор биологических наук, гл. научный сотрудник кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ; руководитель лаборатории эпигенетики рака Центра исследований рака Фокс Чейз (Филадельфия, США).

Cottman Avenue 333, Philadelphia, PA 19111; 119234, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, тел.:  8-495-938-22-91

Cottman Avenue 333, Philadelphia, PA 19111; Leninskiye Gory 1—12, Moscow, 119234

vasily.studitsky@fccc.eduCancer Epigenetics Team, Fox Chase Cancer CenterСоединённые Штаты АмерикиCancer Epigenetics Team, Fox Chase Cancer CenterUnited StatesМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияBioengineering Department, Biological Faculty, Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationCancer Epigenetics Team, Fox Chase Cancer Center; Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваСоединённые Штаты АмерикиCancer Epigenetics Team, Fox Chase Cancer Center; Bioengineering Department, Biological Faculty, Lomonosov Moscow State UniversityUnited States201913122019744308–312Copyright © Низовцева Е.В., Герасимова Н.С., Студитский В.М., 20192019Низовцева Е.В., Герасимова Н.С., Студитский В.М.Nizovtseva E.V., Gerasimova N.S., Studitsky V.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/800

Дистанционные взаимодействия ДНК играют важную роль в регуляции генов эукариот. Структура хроматина участвует в этом процессе, но влияние модификаций гистонов детально не изучено. В настоящей работе исследована роль ацетилирования гистона Н4 по остатку лизина в положении 16 (Н4К16-Ац) в энхансер-промоторном взаимодействии (ЭПВ). Данная модификация ассоциирована с эухроматином и участвует в декомпактизации хроматиновой фибриллы. Нами показано, что влияние Н4К16-Ац на ЭПВ invitro зависит от степени упаковки ДНК. Так, при неполном насыщении ДНК октамерами гистонов транскрипция ингибируется в присутствии этой модификации, а в случае, если нуклеосомы занимают все доступные положения на ДНК, ЭПВ несколько стимулируется.

Long-distance interaction plays an important role in the regulation of eukaryotic genes. Chromatin structure is involved in the process, but the role of histone modifications has not been studied. In the present work the role of acetylation Н4К16 (Н4К16-Ac) to enhancer-promoter communication (EPC) was analyzed. This modification is associated with euchromatin and is involved in the decompaction of chromatin fibers. We have shown that the effect of H4K16-Ac on EPC in vitro depends on the level of chromatin assembly. EPC in chromatin, which lacks nucleosomes at random positions on DNA, is inhibited in the presence of H4K16-Ac. At the same time, EPC in chromatin, in which nucleosomes occupy all available positions on DNA, is somewhat stimulated in the presence of H4K16-Ac.

хроматинтранскрипциярегуляцияэнхансерыгистонымодификацииацетилированиеchromatintranscriptionregulationenhancershistonesmodificationsacetylationРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 19-74-30003)ReferencesWasylyk B., Wasylyk C., Chambon P. Short and long range activation by the SV40 enhancer // Nucleic Acids Res. 1984. Vol. 12. N 14. P. 55895608.Wasylyk B., Wasylyk C., Chambon P. Short and long range activation by the SV40 enhancer // Nucleic Acids Res. 1984. Vol. 12. N 14. P. 55895608.Kulaeva O.I., Nizovtseva E.V., Polikanov Y.S., Ulianov S.V., Studitsky V.M. Distant activation of transcription: mechanisms of enhancer action // Mol. Cell. Biol. 2012. Vol. 32. N 24. P. 4892-4897.Kulaeva O.I., Nizovtseva E.V., Polikanov Y.S., Ulianov S.V., Studitsky V.M. Distant activation of transcription: mechanisms of enhancer action // Mol. Cell. Biol. 2012. Vol. 32. N 24. P. 4892-4897.Gilbert N, Boyle S, Fiegler H, Woodfine K., Carter N.P., Bickmore W.A. Chromatin architecture of the human genome: gene-rich domains are enriched in open chromatin fibers // Cell. 2004. Vol. 118. N 5. P. 555-566.Gilbert N, Boyle S, Fiegler H, Woodfine K., Carter N.P., Bickmore W.A. Chromatin architecture of the human genome: gene-rich domains are enriched in open chromatin fibers // Cell. 2004. Vol. 118. N 5. P. 555-566.Spitz F. Gene regulation at a distance: From remote enhancers to 3D regulatory ensembles // Semin. Cell Dev. Biol. 2016. Vol. 57. P. 57-67.Spitz F. Gene regulation at a distance: From remote enhancers to 3D regulatory ensembles // Semin. Cell Dev. Biol. 2016. Vol. 57. P. 57-67.Nizovtseva E.V., Todolli S, Olson W.K., Studitsky V.M. Towards quantitative analysis of gene regulation by enhancers // Epigenomics. 2017. Vol. 9. N 9. P. 1219-1231.Nizovtseva E.V., Todolli S, Olson W.K., Studitsky V.M. Towards quantitative analysis of gene regulation by enhancers // Epigenomics. 2017. Vol. 9. N 9. P. 1219-1231.Rubtsov M.A., Polikanov Y.S., Bondarenko V.A., Wang Y.H., Studitsky V.M. Chromatin structure can strongly facilitate enhancer action over a distance // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006. Vol. 103. N 47. P. 17690-17695.Rubtsov M.A., Polikanov Y.S., Bondarenko V.A., Wang Y.H., Studitsky V.M. Chromatin structure can strongly facilitate enhancer action over a distance // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006. Vol. 103. N 47. P. 17690-17695.Polikanov Y.S., Studitsky V.M. Analysis of distant communication on defined chromatin templates in vitro // Methods Mol. Biol. 2009. Vol. 543. P. 563-576.Polikanov Y.S., Studitsky V.M. Analysis of distant communication on defined chromatin templates in vitro // Methods Mol. Biol. 2009. Vol. 543. P. 563-576.Maeshima K., Rogge R., Tamura S, Joti Y., Hikima T, Szerlong H, Krause C, Herman J, Seidel E, DeLuca J., Ishikawa T, Hansen J.C. Nucleosomal arrays self-assemble into supramolecular globular structures lacking 30-nm fibers // EMBO J. 2016. Vol. 35. N 10. P. 1115-1132.Maeshima K., Rogge R., Tamura S, Joti Y., Hikima T, Szerlong H, Krause C, Herman J, Seidel E, DeLuca J., Ishikawa T, Hansen J.C. Nucleosomal arrays self-assemble into supramolecular globular structures lacking 30-nm fibers // EMBO J. 2016. Vol. 35. N 10. P. 1115-1132.Nizovtseva E.V., Clauvelin N, Todolli S, Polikanov Y.S., Kulaeva O.I., Wengrzynek S, Olson W.K., Studitsky, V.M. Nucleosome-free DNA regions differentially affect distant communication in chromatin // Nucleic Acids Res. 2017. Vol. 45. N 6. P. 3059-3067.Nizovtseva E.V., Clauvelin N, Todolli S, Polikanov Y.S., Kulaeva O.I., Wengrzynek S, Olson W.K., Studitsky, V.M. Nucleosome-free DNA regions differentially affect distant communication in chromatin // Nucleic Acids Res. 2017. Vol. 45. N 6. P. 3059-3067.Kulaeva O.I., Zheng G., Polikanov Y.S., Colasanti A.V., Clauvelin N, Mukhopadhyay S, Sengupta A.M., Studitsky V.M., Olson W.K. Internucleosomal interactions mediated by histone tails allow distant communication in chromatin // J. Biol. Chem. 2012. Vol. 287. N 24. P. 20248-20257.Kulaeva O.I., Zheng G., Polikanov Y.S., Colasanti A.V., Clauvelin N, Mukhopadhyay S, Sengupta A.M., Studitsky V.M., Olson W.K. Internucleosomal interactions mediated by histone tails allow distant communication in chromatin // J. Biol. Chem. 2012. Vol. 287. N 24. P. 20248-20257.Bone J.R, Lavender J., Richman R, Palmer M.J., Turner B.M., Kuroda M.I. Acetylated histone H4 on the male X chromosome is associated with dosage compensation in Drosophila // Genes Dev. 1994. Vol. 8. N 1. P. 96-104.Bone J.R, Lavender J., Richman R, Palmer M.J., Turner B.M., Kuroda M.I. Acetylated histone H4 on the male X chromosome is associated with dosage compensation in Drosophila // Genes Dev. 1994. Vol. 8. N 1. P. 96-104.Shogren-Knaak M., Ishii H., Sun J.M., Pazin M.J., Davie J.R, Peterson C.L. Histone H4-K16 acetylation controls chromatin structure and protein interactions // Science. 2006. Vol. 311. N 5762. P. 844-847.Shogren-Knaak M., Ishii H., Sun J.M., Pazin M.J., Davie J.R, Peterson C.L. Histone H4-K16 acetylation controls chromatin structure and protein interactions // Science. 2006. Vol. 311. N 5762. P. 844-847.Polikanov Y.S., Rubtsov M.A., Studitsky V.M. Biochemical analysis of enhancer-promoter communication in chromatin // Methods. 2007. Vol. 41. N 3. P. 250-258.Polikanov Y.S., Rubtsov M.A., Studitsky V.M. Biochemical analysis of enhancer-promoter communication in chromatin // Methods. 2007. Vol. 41. N 3. P. 250-258.Dann G.P., Liszczak G.P., Bagert J.D., Muller M.M., Nguyen U.T.T., Wojcik F., Brown Z.Z., Bos J., Panchenko T., Pihl R, Pollock S.B., Diehl K.L., Allis C.D., Muir T.W. ISWI chromatin remodellers sense nucleosome modifications to determine substrate preference // Nature. 2017. Vol. 548. N 7669. P. 607-611.Dann G.P., Liszczak G.P., Bagert J.D., Muller M.M., Nguyen U.T.T., Wojcik F., Brown Z.Z., Bos J., Panchenko T., Pihl R, Pollock S.B., Diehl K.L., Allis C.D., Muir T.W. ISWI chromatin remodellers sense nucleosome modifications to determine substrate preference // Nature. 2017. Vol. 548. N 7669. P. 607-611.Polach K.J., Lowary P.T. Widom J. Effects of core histone tail domains on the equilibrium constants for dynamic DNA site accessibility in nucleosomes // J. Mol. Biol. 2000. Vol. 298. N 2. P. 211-223.Polach K.J., Lowary P.T. Widom J. Effects of core histone tail domains on the equilibrium constants for dynamic DNA site accessibility in nucleosomes // J. Mol. Biol. 2000. Vol. 298. N 2. P. 211-223.Walter W, Studitsky V.M. Construction, analysis, and transcription of model nucleosomal templates // Methods. 2004. Vol. 33. N 1. P. 18-24.Walter W, Studitsky V.M. Construction, analysis, and transcription of model nucleosomal templates // Methods. 2004. Vol. 33. N 1. P. 18-24.Taylor G.C., Eskeland R, Hekimoglu-Balkan B, Pradeepa M.M., Bickmore W.A. H4K16 acetylation marks active genes and enhancers of embryonic stem cells, but does not alter chromatin compaction // Genome Res. 2013. Vol. 23. N 12. P. 2053-2065.Taylor G.C., Eskeland R, Hekimoglu-Balkan B, Pradeepa M.M., Bickmore W.A. H4K16 acetylation marks active genes and enhancers of embryonic stem cells, but does not alter chromatin compaction // Genome Res. 2013. Vol. 23. N 12. P. 2053-2065.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.