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- 1. EFECTOS EPIGENÉTICOS DELAS PROTEÍNAS DEL COMPLEJO POLYCOMB EN EL REMODELAMIENTO DE LA CROMATINA
- 2. Introducción Código Genéticono controla la expresión genética por si solo Patrones epigenéticos se relacionan con el control PcG son complejos de remodelamiento de la cromatina tipo represivo Control de la expresión de los genes HOX
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- 4. introducción Existen 2tipos de PRC: PRC 1 y PRC 2 PRC1 ubiquitina PRC2 Metila El equilibrio de PRC, puede tanto reprimir como promover durante embriogénesis o en células Stem. Múltiples funciones como dosage compensation, impriming Silenciamiento génico
- 5. introducción Hay complejosde remodelación que pueden reprimir o activar la expresión génica El caso del grupo de proteínas Trithorax es un antagónico a PcG.
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- 7. CONSTITUCIÓN DE LOSPRC Núcleo de 4 proteínas (CORE) Polycomb (PC), Posterior sex combs (PSC), polyhomeotic (PH) RING, SCM (Sex comb on midleg). En Drosophila , forman parte del complejo ZESTE, TBP (TATA-box binding protein) TAFII250, TAFII110, TAFII85, y TAFII62, Relación cercana con un promotor y todo el complejo de transcripción
- 8. PRC 1 Homólogosen mamíferos
- 9. PRC1 Variabilidad encontradaen subunidades Funciones diferenciadas de acuerdo a localización En mamíferos no hay una relación directa con TAFs Variabilidad podría generar especificidad.
- 10. PRC2 Varias subunidadesformando un core dominio SET de metiltransferasa H3, E(z) proteínas con dominios de WD40, ESC (Extra sex combs); ESCL (Extra sex combs like) P55 (RBAP46/RBAP48) Cada componente tiene una función específica E(z) o EZH2, es inactiva por si sola, requiere reconocer H3K27me3, función del EED El complejo PRC2, también tiene efecto sobre H3K9me3, H4K20me3 y H1K26me3
- 11. PRC 2 Homólogosen mamíferos
- 12. Union de PRCal DNA Complejo, Polycomb-like (PCL) homólogo en mamíferos, PHF, Ejerce una función de silenciamiento de genes homeóticos Sir 2 levaduras
- 13. Reconocimiento de estructurasespecíficas “blanco” Elementos como RNA largos no codificantes que también sirven como elementos de respuesta a Polycomb. PREs (elementos de respuesta Polycomb) y los “reclutadores” trans para mediar o acoplar los complejos PcG a sus dianas. Iniciadores de la cascada de eventos polycomb
- 14. Union de PRCal DNA zonas de unión al DNA, motivos del tipo dedo de Zinc Proteína “Pleiohomeótica” (PHO) y PHOL, elementos de respuesta En mutantes pérdida de la función tanto de PRC1 como de PRC2 PHO + proteínas del PcG, como la SFMBT (SCM-Like) = forma un heterodímero Complejo, PHO –RC (PHO repressive complex) no es el único, o no es suficiente como para lograr la activación. Existen otros factores del tipo PRE que han sido evidenciados, Pipsqueak, Zeste, DsP1 (Protein dorsal switch 1) y sP1 (specificity protein 1) o Luna (KLF)
- 15. En mamíferos, pocos o ningún PRE ha sido caracterizado PRC 1 y 2 pueden tener blancos de unión muy diversos y amplios, yin yang 1 (YY1), homólogo a PHO. Existen otras proteínas reclutadoras como OCT4 de PRC1 y PRC2. Las islas CpG
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- 17. RNAs no codificantes reclutadores de proteína PcG, ncRNA HOTAIR, HOXC, necesario para la mantención de la metilación de H3K27, y su capacidad de regular al clúster HOXD ncRNA XIST, + PRC2, promueve la inactivación del cromosoma X. AIR, asociado con otro complejo de modificación de la cromatina denominado G9a, que es una metiltransferasa de H3K9. Existen ncRNAs que se fijan y colaboran con la función de activadores como el complejo de proteínas Trithorax, especialmente el las células madre.
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- 19. Funcionalidad PRC1 , Menos entendidos que los del PRC2. Inducir represión directa de la maquinaria de transcripción, regulación de la estructura de la cromatina, y efectos en otras estructuras del órden nuclear. Parálogos en el mismo individuo funciones del PRC1, puede ser variable, y amplio, Asociación de este complejo PcG, con múltiples proteínas, hace que se amplíe aún más esta diversidad.
- 20. PRC1 La funcionalidaddel PRC1 core de proteínas + las catalíticas. Función catalítica, inhibición del remodelamiento de la cromatina dependiente de ATP Core: Ring1b y bMI1 ubiquitinación de la histona H2A, Ortólogos de estas proteínas en otros complejos, l PRC1 previamente descrito Factor asociado a RING, (dRAF) en D. melanogaster y bCL6 corepresor (BCOR) en mamíferos
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- 22. Ring1b y bMI1 heterodímero, que directamente cataliza la ubiquitinación de H2A. Por su parte dRAF Ring y PSC, y lisin-demetilasa de histona KDM2 demetila, H3K36me2 y estimula la ubiquitilación En mamíferos, el complejo es denominado BCOR, con mucha similitud a dRAF, el cual tiene homólogos que generan funciones similares
- 23. PRC1 varios mecanismos de represión, Represión o el bloqueo de la unión de los factores transcripcionales al promotor o aumentador bloqueo de la asociación de la RNA polimerasa con el promotor, Cambio de conformación. La ubiquitilación de H2A recluta complejos protéicos que reprimen la transcripción o inhiben la unión de complejos PRC1 y factores transcripcionales se unen a los genes blanco al mismo tiempo. La RNA polimerasa se fija en Pausa.
- 24. Genes que puedenser denominados bivalentes, “marcas” promueven la transcripción, reprimen la transcripción La ubiquitilación de la histona H2A, es la marca para que el PRC1 se fije y promueva la mayor ubiquitilación Los posibles mecanismos por los cuales esto sucede, involucra la inactivación de factores de elongación como FACT, este factor, interactúa con las histonas y saca de la “pausa” a la polimerasa. Otro posible mecanismo es la compactación de la cromatina
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- 26. PRC2 Su marcaes la H3K27 trimetilada Su objetivo es elongar el patrón de metilación
- 27. PRC2 cuatro proteínas en el núcleo Dominio SET de la subunidad catalítica del aumentador de Zeste (e(Z)) en Drosophila o o eZH2 en humanos Requiere la asociación y relación con otras proteínas del complejo suZ12 y ESC (mosca) EED (embryonic ectoderm development) en humanos Por tanto existe evidencia que las subunidades no catalíticas del PRC 2 interactúan con el nucleosoma
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- 29. EED, correlación directa con la marca reconoce a la histona trimetilada en el residuo de lisina 27, H3K27, Existen variantes en las subunidades eZH1 y eZH2, Codificados por dos genes relacionados Traducción alternativa de distintas isoformas de EED, eZH2 altamente expresado durante la embriogénesis y las células proliferantes eZH1, en tejidos adultos y aquellas células que no se dividen PRC2 – eZH1, < actividad de metil transferasa, pero puede compactar mejor polinucleosomas Evidencia sugiere que puede existir un cambio de eZH2 a eZH1 cuando es necesario
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- 31. Variaciones adicionales PCL (polycomb like) o PHF1 (mamíferos), conversion de H3K27me2 a H3K27me3 (20,34). La funcción final de PRC2 es metilar la H3K27, como evento crucial en el desarrollo de silenciamiento génico, La actividad alteración de los contactos nucleosoma-nucleosoma modificación de interacciones basadas en carga Por otra parte, parecería ser que PRC2 es un paso previo o activador de PRC1 puesto que se ha evidenciado que PRC1 tiene gran afinidad con H3K27me3 Así que finalmente es la PRC2, la que da el estado de trimetilado que va a ser reconocido por PRC1 y el posterior silenciamiento génico.
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- 33. El PRC2, metilar H3K27, y demetilar el H3K4 Conexiones existentes entre los mecanismos de metilación del DNA y el complejo de proteínas Polycomb leucemia promielocítica aguda
Notas del editor
- #4 Figure 1 | How Polycomb group complexes regulate a homeotic gene. The correct domain of expression of the Ultrabithorax ( Ubx ) gene is posterior to parasegment 6 (indicated by an arrowhead). Ubx regulation is recapitulated by a series of reporter constructs, using the Ubx promoter and different combinations of the Ubx embryonic enhancer, Polycomb response element (PRE) and imaginal disc enhancer. The expression pattern that is produced by the different combinations is shown as blue-coloured regions of the early embryo, later embryo or the imaginal disc precursors of adult head, wing or haltere. The early enhancer initially produces the correct pattern of expression, confined to the posterior half of the embryo (posterior to parasegment 6). Shortly after, however, the early repressors in the anterior region disappear and the reporter gene is expressed in all segments. If the PRE is added, repression is maintained in the anterior region. Imaginal disc enhancers are active only at later stages in the head, wing and haltere discs. If combined with the PRE, they remain in the silent state that is established in the embryo. However, when the three elements are combined, the early enhancer sets the early pattern, the PRE maintains the repression anterior to parasegment 6, and the imaginal disc enhancer now remains active posterior to parasegment 6; that is, in the haltere, but not in the wing or head.
- #6 Figure 2: The mechanism for gene-expression suppression and promotion by the Polycomb group and the trithorax group. Regarding the suppression and promotion of gene expression, the following is hypothesized. The Polycomb group comprises two major components: PRC1 and PRC2. First, PRC2 binds to the target region to methylate a particular site of histone. The PCR1 component is then attracted there to suppress gene expression. If the Polycomb group becomes less dominant, the trithorax group (TrxG) soon comes to promote gene expression.
- #7 SWI/SNF (SWItch/Sucrose NonFermentable) [1] [2] is a yeast nucleosome remodeling complex composed of several proteins - products of the SWI and SNF genes ( SWI1 , SWI2 / SNF2 , SWI3 , SWI5 , SWI6 ) as well as several other polypeptides. [3] It possesses a DNA-stimulated ATPase activity and can destabilize histone -DNA interactions in reconstituted nucleosomes in an ATP -dependent manner, though the exact nature of this structural change is unknown.
- #12 Figure 2 | Prc2 composition in flies and humans. a | The four core subunits of Polycomb repressive complex 2 (PRC2), as purified from Drosophila melanogaster embryos. The protein contacts illustrated here reflect experimentally determined subunit interactions74–77. The catalytic subunit, Enhancer of Zeste (E(Z)), contains a SET domain that houses the enzyme active site for histone H3 Lys27 (H3K27) methylation. The three non-catalytic subunits are Suppressor of Zeste 12 (SU(Z)12), Extra Sex combs (ESC) and nucleosome remodelling factor 55 (NURF55; also known as p55 and CAF1). In addition to E(Z), both SU(Z)12 and ESC are crucial for histone methyltransferase activity. The arrow denotes the interaction of PRC2 with another Polycomb group protein, Polycomb-like (PCL). Although not a core subunit, PCL association with PRC2 can influence PRC2 function91–94. The dotted line denotes possible substitution for ESC of an alternative PRC2 subunit, ESC-like (ESCL), which is generated from multiple gene copies. b | The four core subunits of PRC2, as purified from human cells. The catalytic subunit, E(Z) homologue 2 (EZH2), contains a SET domain that houses the active site for histone H3K27 methylation. The three non-catalytic subunits are SU(Z)12, embryonic ectoderm development (EED) and retinoblastoma-binding protein p48 (RBAP48; also known as RBBP4). In addition to EZH2, both SU(Z)12 and EED are crucial for histone methyltransferase activity. The arrow denotes the interaction of PRC2 with another PcG protein, PHF1 (also known as PCL1). Although not a core subunit, PHF1 association with PRC2 can influence its function91–94. The dotted lines denote possible substitution of alternative PRC2 subunits generated from multiple gene copies (RBAP46 (also known as RBBP7), EZH1, MTF2 (also known as PCL2) and PHF19 (also known as PCL3)) or as protein variants from a single gene (EED variants).
- #17 Methylation of histone H3 by the PRE complexes. a | The model depicts DNA-binding proteins, of which only pleiohomeotic (PHO) and GAGA factor (GAF) are shown, binding to the Polycomb response element (PRE), which is shown free of nucleosomes (grey spheres), possibly with the help of a chromatin remodelling complex, and cooperatively recruiting the PRC1 and PRC2 complexes. b | The PRE-bound complexes methylate flanking nucleosomes (indicated by red pinballs on the nucleosomes) on either side of the PRE. c | The methylation domain is extended by looping of the PRE-bound complexes to contact nucleosomes over a broad region. The looping is mediated by interactions of the PC chromodomain and possibly other methyl-binding domains, such as PHD fingers, MBD, Tudor and SET domains in other PcG proteins, creating and maintaining a broad methylation domain. The PRE also constitutively binds Trithorax (TRX), which would be carried along in the looping contacts and could, in principle, also deposit the histone H3 methylation of lysine 4 (H3K4) mark
- #19 Figure 1 | recruitment of Pcg complexes to target genes. a | In Drosophila melanogaster , the DNA-binding protein Pleiohomeotic (PHO) and its relative PHO-like (PHOL) have central roles in recruiting Polycomb group (PcG) complexes to Polycomb response elements (PREs). PHO exists in a repressive complex called PHO-RC50. Dotted lines represent physical interactions that have been described between PHO and subunits of Polycomb repressive complex 2 (PRC2)49 and PRC1 (REF. 113), which could help to target these complexes. Several other DNA-binding proteins, including GAGA factor (GAF), have been implicated in functioning at fly PREs but evidence for their roles in PcG recruitment is less conclusive than for PHO42. b | In mammals, no central recruiter proteins or DNA elements have yet been identified. Candidate proteins include OCT4 (also known as POU5F1)21 and yin and yang 1 (YY1)57, and CpG islands are commonly associated with PcG target genes in embryonic stem cells55. Non-coding RNAs (ncRNAs) can interact with PRC2 and have been suggested to be PcG recruiters at selected target loci59,61,62. X represents additional unknown elements that might contribute to PREs in D. melanogaster and mammals
- #29 Figure 2 | turning off pluripotency genes. In embryonic stem cells, pluripotency genes such as Oct3/4 and Nanog have unmethylated CpG islands (light purple circles) and are packaged with acetylated (Ac) histone H3 and H4 and methylated (Me) lysine 4 of histone H3 (H3K4). With the onset of differentiation the SET domain-containing histone methyltransferase G9a is recruited, together with a histone deacetylase (HDAC), and this causes deacetylation of local histones. In addition, H3K4 is demethylated, but the enzymatic machinery responsible for this has not yet been identified. In the next step, G9a catalyses the methylation of H3K9, and this modification serves as a binding site for the chromodomain protein heterochromatin protein 1 (HP1), thus generating a form of local heterochromatin. Finally, G9a recruits the methylases DNMT3A and DNMT3B, which mediate de novo methylation (dark purple circles) of the underlying DNA21,22
- #33 Figure 3 | Potential roles for H3K27me3 in Pcg function. a | The possible role of trimethylated histone H3 on Lys27 (H3K27me3) in Polycomb repressive complex 1 (PRC1) targeting. In initial steps, the Pleiohomeotic repressive complex (PHO-RC) recognizes Polycomb response elements (PREs) and recruits PRC2, which methylates local nucleosomes. Because the PRE is probably devoid of nucleosomes31, PRC2 arrival would be expected to methylate flanking nucleosomes. The accumulated local H3K27me3 could help attract, bind and stabilize PRC1 through the Polycomb chromodomain. PRC1 recruitment to the PRE region could also involve direct protein contacts with PHO-RC and/or PRC2. b | The potential role of H3K27me3 in chromatin looping. PRC1, anchored at the PRE, could interact with H3K27me3 to stabilize contact with the gene31,42. The resulting intralocus loop would juxtapose the Polycomb group complexes and the transcribed region, where PRC2 could further spread H3K27 methylation and PRC1 could ubiquitylate histone H2A, compact local nucleosomes and/or impede RNA polymerase (FIG. 5). Additional possible roles for H3K27me3, including binding to other complexes, altering nucleosome–nucleosome interactions and influencing elongation factors, are not shown
- #34 Examples of post-translational modulation of Polycomb group and associated proteins . (a) Simplified model of Polycomb Group (PcG)-mediated repression. The histone methyltransferase EZH2 trimethylates histone H3 at lysine 27, this mark is recognized by chromobox homolog (CBX) proteins via the chromodomain. RNF2/RING1 homologs are E3 ubiquitin ligases for H2A; RYBP binds H2AK119Ub1. Combined, these activities induce/maintain transcriptional repression. Gray boxes depict Polycomb Repressive Complex (PRC)-associated, epigenetically relevant enzymatic activities.