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히스톤 H3 네 번째 라이신 메틸화와 이 효소들의 생리적 역할

Physiological roles of histone H3K4 methylation and its modifiers

미생물학회지 2019년 55권 4호 p.317 ~ 326
박신애 ( Park Shin-Ae ) - 강원대학교 분자생명과학과

오준수 ( Oh Jun-Soo ) - 강원대학교 분자생명과학과
이정신 ( Lee Jung-Shin ) - 강원대학교 분자생명과학과

Abstract

염색질(chromatin)의 구조는 유전자 발현을 위해 중요하며, 히스톤 변형(histone modification)은 염색질의 구조를 조절함으로써 전사의 활성화와 억제에 영향을 준다. 특히 히스톤 H3의네 번째 라이신(H3K4)의 메틸화는 매우 잘 알려진 전사 활성화의 지표이다. H3K4는 효모부터 인간까지 잘 보존되어 있는 특이적인 히스톤 메틸전이효소에 의해 모노메틸화(H3K4me1), 다이메틸화(H3K4me2), 트라이메틸화(H3K4me3)가 될 수 있다. 하지만, 이 세 가지의 H3K4 메틸화가 각각 전사를 비롯한다양한 세포 내의 과정에 어떻게 기여하는지에 대해서는 많은연구가 더 필요하다. 본 논문을 통해 우리는 세 종류의 H3K4 메틸화와 H3K4 메틸전이효소의 역할에 대해 정리하였다. 유전자들의 프로모터에는 H3K4me3가 존재하고, 복제 원점과 유전자의 5’ 부위에서 유전자 내부(gene body)에는 H3K4me2가 존재하며, 유전자의 3’ 부위와 인핸서(enhancer)에는 H3K4me1 가 존재한다. 이들의 분포 위치는 기능과 밀접한 관련이 있는데, 프로모터에 존재하는 H3K4me3는 전사 개시에 직접적으로 기여하며, 복제 원점에 존재하는 H3K4me2는 복제에 기여하고, H3K4me1는 인핸서의 활성에 기여한다. H3K4me3의분포가 프로모터를 벗어나게 되면 유전자 발현의 조절 오류가생기며 질병이 나타나는 것을 통해 H3K4 메틸화와 이들의 정상적인 분포가 여러 생리적 활성에 매우 중요함을 제시한다.

The chromatin structure is crucial for gene expression, and the histone modifications affect activation or repression of transcription by regulating the chromatin structure. Especially, the methylation of the fourth lysine on histone H3 (H3K4) is a well-known hallmark of transcriptional activation. H3K4 could be mono-, di- and trimethylated by specific histone lysine methyltransferases, which are conserved from yeast to human.
However, the different roles of each three methylated H3K4 in transcription and cellular function have to be further investigated.
Here, we reviewed the functions of each three types of H3K4 methylation and their enzymes. Usually, each status of H3K4 methylation is distributed on defined regions within the genome; H3K4 trimethylation within promoter; H3K4 dimethylation within gene body and replication origin; H3K4 monomethylation within 3’region of gene and enhancers. The distribution of H3K4 methylations dictates its function within the genome. H3K4 trimethylation in promoter contributes to transcription initiation, and H3K4 dimethylation in replication origin promotes replication rates. H3K4 monomethylation in enhancer contributes to enhancer activity. As falsely positioned H3K4 trimethylation causes disease, such as autoimmune systemic lupus erythematosus (SLE), in conclusion, we suggest that H3K4 methylation and its intact distribution within the genome are crucial for gene expression and physiological homeostasis.

키워드

H3K4 methylation; H3K4 methyltransferases; physiological roles; transcription
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