897 resultados para histone H2A variant


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Histone variants and their modification have significant roles in many cellular processes. In this study, we identified and characterized the histone H2A variant h2af1o in fish and revealed its oocyte-specific expression pattern during oogenesis and embryogenesis. Moreover, posttranslational modification of H2af1o was observed that results from phosphorylation during oocyte maturation. To understand the binding dynamics of the novel core histone variant H2af1o in nucleosomes, we cloned ubiquitous gibel carp h2afx as a conventional histone control and investigated the dynamic exchange difference in chromatin by fluorescence recovery after photobleaching. H2af1o has significantly higher mobility in nucleosomes than ubiquitous H2afx. Compared with ubiquitous H2afx, H2af1o has a tightly binding C-terminal and a weakly binding N-terminal. These data indicate that fish oocytes have a novel H2A variant that destabilizes nucleosomes by protruding its N-terminal tail and stabilizes core particles by contracting its C-terminal tail. Our findings suggest that H2af1o may have intrinsic ability to modify chromatin properties during fish oogenesis, oocyte maturation, and early cleavage.

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L'identité et la réactivité cellulaires sont établies, maintenues et modulées grâce à l'orchestration de programmes transcriptionnels spécifiques. Les éléments régulateurs, des régions particulières de la chromatine responsables de l'activation ou de la répression des gènes, sont au coeur de cette opération. Ces dernières années, de nombreuses études ont révélé le rôle central des « enhancers » dans ce processus. En effet, des centaines de milliers « enhancers » seraient éparpillés dans le génome humain, majoritairement dans sa portion non-codante, et contrairement au promoteur, leur activation varierait selon le type ou l'état cellulaire ou en réponse à une stimulation physiologique, pathologique ou environnementale. Les « enhancers » sont, en quelque sorte, des carrefours où transitent une multitude de protéines régulées par les signaux intra- et extra-cellulaires et un dialogue s'établit entre ces diverses protéines et la chromatine. L'identification des « enhancers ainsi qu'une compréhension de leur mode de fonctionnement sont donc cruciales, tant au plan fondamental que clinique. La chromatine joue un rôle indéniable dans l'activité des éléments régulateurs, tant par sa composition que par sa structure, en régulant, entre autres, l'accessibilité de l'ADN. En effet, l'ADN des régions régulatrices est bien souvent masqué par un nucléosome occlusif, lequel doit être déplacé ou évincé afin de permettre la liaison des protéines régulatrices, notamment les facteurs de transcription (FTs). Toutefois, la contribution de la composition de la chromatine à ce processus reste incomprise. Le variant d'histone H2A.Z a été identifié comme une composante de la chromatine aux régions accessibles, dont des « enhancers » potentiels. Toutefois son rôle y est inconnu, bien que des études récentes suggèrent qu'il pourrait jouer un rôle important dans la structure de la chromatine à ces régions. Par ailleurs, un lien étroit existe entre H2A.Z et la voie de signalisation des oestrogènes (notamment la 17-[beta]-estradiol (E2)). Ainsi, H2A.Z est essentiel à l'expression de plusieurs gènes cibles de l'E2. Les effets de l'E2 sont en partie exercés par un FT, le récepteur alpha des oestrogènes (ER[alpha]), lequel se lie à l'ADN suite à son activation, et ce majoritairement à des « enhancers », et permet l'établissement d'un programme transcriptionnel spécifique. Cette thèse vise à définir le rôle d'H2A.Z aux « enhancers », et plus particulièrement son influence sur l'organisation des nucléosomes aux « enhancers » liés par ER[alpha]. D'abord, mes travaux effectués à l'échelle du génome ont démontré qu'H2A.Z n'est présent qu'à certains ER[alpha]-« enhancers » actifs. Cette particularité a fait en sorte que nous avons pu comparer directement les « enhancers » actifs occupés par H2A.Z à ceux non-occupés, afin de mettre en évidence sa relation à l'environnement chromatinien. Étonnamment, il est apparu qu'H2A.Z n'introduit pas une organisation unique ou particulière des nucléosomes aux « enhancers ». Par ailleurs, nos résultats montrent qu'H2A.Z joue un rôle crucial dans la régulation de l'activité des « enhancers ». En effet, nous avons observé que suite à leur activation par l'E2, les « enhancers » occupés par H2A.Z recrutent l'ARN polymérase II (ARNPII) et produisent un transcrit. Ils recrutent également RAD21, une composante du complexe cohésine impliqué, entre autres, dans des interactions chromosomiques entre « enhancers » et promoteurs. De façon intéressante, nous avons mis en évidence que ces trois évènements, connus pour leur importance dans l'activité des « enhancers », sont dépendants d'H2A.Z. Ainsi, la présence d'H2A.Z à l' « enhancer » pourrait permettre un environnement chromatinien favorable à trois aspects clés de l'activité des « enhancers » : la présence de l'ARNPII, la transcription et la formation d'une boucle d'interaction, et par la suite, de par la proximité « enhancer »-promoteur ainsi créée, augmenter la concentration d'ARNPII à proximité du promoteur favorisant l'expression du gène cible. Un tel rôle central d'H2A.Z dans l'activité d' « enhancers » spécifiques pourrait participer à un mécanisme épigénétique ciblé de la régulation de l'expression des gènes.

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La phosphorylation du domaine C-terminal de l’ARN polymérase II permet à ce complexe protéique d’exécuter la transcription des gènes, en plus de coupler à la transcription des événements moléculaires comme la maturation des ARNm. Mes résultats montrent que même si cette phosphorylation suit un patron similaire à l’ensemble des gènes, il existe des exceptions pouvant être dues à des mécanismes alternatifs de phosphorylation du CTD. Le présent ouvrage s’intéresse également au rôle qu’occupe la variante d’histone H2A.Z dans l’organisation de la chromatine. Des études précédentes on montré que le positionnement de certains nucléosomes le long de l’ADN serait influencé par H2A.Z et aurait une influence sur la capacité de transcrire les gènes. Par une approche génomique utilisant les puces à ADN, j’ai cartographié l’impact de la délétion de H2A.Z sur la structure des nucléosomes. Enfin, des résultats intéressants sur la dynamique d’incorporation de H2A.Z à la chromatine ont été obtenus.

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Histone H2A is reported to participate in host defense response through producing novel antimicrobial peptides (AMPs) from its N-terminus in vertebrates and invertebrates, while the AMPs derived from H2A have not to our knowledge been reported in mollusca. In the present study, gene cloning, mRNA expression of H2A from scallop Chlamys farreri, and the recombinant expression of its N-terminus were conducted to investigate whether a similar mechanism exists in mollusca. The full-length DNA of H2A was identified by the techniques of homology cloning and genomic DNA walking, The full-length DNA of the scallop H2A was 696 bp long, including a 5'-terminal untranslated region (UTR) of 90 bp, a 3'-terminal UTR of 228 bp with a stem-loop structure and a canonical polyadenylation signal sequence AATAAA, and an open reading frame of 375 bp encoding a polypeptide of 125 amino acids. The mRNA expression of H2A in the hemocytes of scallop challenged by microbe was measured by semi-quantitative RT-PCR. The expression of H2A was not upregulated after stimulation, suggesting that H2A did not participate in immunity response directly. The DNA fragment of 117 bp encoding 39 amino acids corresponding to the N-terminus of scallop H2A, which was homologous to buforin I in vertebrates, was cloned into Pichia pastoris GS115. The transformants (His(+) Mut(+)) containing multi-copy gene insertion were selected with increasing concentration of antibiotic G418. The peptide of 39 amino acids was expressed by induction of 0.5% methanol. The recombinant product exerted antibacterial activity against both Gram-positive (G(+)) and Gram-negative (G(-)) bacteria. The antibacterial activity toward G(+) bacteria was 2.5 times more than that against G(-) bacteria. The results elucidated that N-terminus of H2A was a potential AMP and provided a promising candidate for a new antibiotic screening. However, whether H2A is really involved in scallop immune response mechanisms needs to be further investigated. (C) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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Antimicrobial peptides (AMPs) are humoral innate immune components of fishes that provide protection against pathogenic infections. Histone derived antimicrobial peptides are reported to actively participate in the immune defenses of fishes. Present study deals with identification of putative antimicrobial sequences from the histone H2A of sicklefin chimaera, Neoharriotta pinnata. A 52 amino acid residue termed Harriottin-1, a 40 amino acid Harriottin-2, and a 21 mer Harriottin-3 were identified to possess antimicrobial sequence motif. Physicochemical properties andmolecular structure ofHarriottins are in agreement with the characteristic features of antimicrobial peptides, indicating its potential role in innate immunity of sicklefin chimaera. The histone H2A sequence of sicklefin chimera was found to differ from previously reported histone H2A sequences. Phylogenetic analysis based on histone H2A and cytochrome oxidase subunit-1 (CO1) gene revealed N. pinnata to occupy an intermediate position with respect to invertebrates and vertebrates

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Each of the core histone proteins within the nucleosome has a central “structured” domain that comprises the spool onto which the DNA superhelix is wrapped and an N-terminal “tail” domain in which the structure and molecular interactions have not been rigorously defined. Recent studies have shown that the N-terminal domains of core histones probably contact both DNA and proteins within the nucleus and that these interactions play key roles in the regulation of nuclear processes (such as transcription and replication) and are critical in the formation of the chromatin fiber. An understanding of these complex mechanisms awaits identification of the DNA or protein sites within chromatin contacted by the tail domains. To this end, we have developed a site-specific histone protein–DNA photocross-linking method to identify the DNA binding sites of the N-terminal domains within chromatin complexes. With this approach, we demonstrate that the N-terminal tail of H2A binds DNA at two defined locations within isolated nucleosome cores centered around a position ≈40 bp from the nucleosomal dyad and that this tail probably adopts a defined structure when bound to DNA.

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Histone mRNAs are naturally intronless and accumulate efficiently in the cytoplasm. To learn whether there are cis-acting sequences within histone genes that allow efficient cytoplasmic accumulation of RNAs, we made recombinant constructs in which sequences from the mouse H2a gene were cloned into a human β-globin cDNA. By using transient transfection and RNase protection analysis, we demonstrate here that a 100-bp sequence within the H2a coding region permits efficient cytoplasmic accumulation of the globin cDNA transcripts. We also show that this sequence appears to suppress splicing and can functionally replace Rev and the Rev-responsive element in the cytoplasmic accumulation of unspliced HIV-1-related mRNAs. Like the Rev-responsive element, this sequence acts in an orientation-dependent manner. We thus propose that the sequence identified here may be a member of the cis-acting elements that facilitate the cytoplasmic accumulation of naturally intronless gene transcripts.

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Buforin II is a 21-aa potent antimicrobial peptide that forms, in a hydrophobic medium, an amphipathic structure consisting of an N-terminal random coil region (residues 1–4), an extended helical region (residues 5–10), a hinge (residue 11), and a C-terminal regular α-helical region (residues 12–21). To elucidate the structural features of buforin II that are required for its potent antimicrobial activity, we synthesized a series of N- and C-terminally truncated or amino acid-substituted synthetic buforin II analogs and examined their antimicrobial activity and mechanism of action. Deletion of the N-terminal random coil region increased the antibacterial activity ≈2-fold, but further N-terminal truncation yielded peptide analogs with progressively decreasing activity. Removal of four amino acids from the C-terminal end of buforin II resulted in a complete loss of antimicrobial activity. The substitution of leucine for the proline hinge decreased significantly the antimicrobial activity. Confocal fluorescence microscopic studies showed that buforin II analogs with a proline hinge penetrated the cell membrane without permeabilization and accumulated in the cytoplasm. However, removal of the proline hinge abrogated the ability of the peptide to enter cells, and buforin II analogs without a proline hinge localized on the cell surface, permeabilizing the cell membrane. In addition, the cell-penetrating efficiency of buforin II and its truncated analogs, which depended on the α-helical content of the peptides, correlated linearly with their antimicrobial potency. Our results demonstrate clearly that the proline hinge is responsible for the cell-penetrating ability of buforin II, and the cell-penetrating efficiency determines the antimicrobial potency of the peptide.

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The first centromeric protein identified in any species was CENP-A, a divergent member of the histone H3 family that was recognised by autoantibodies from patients with scleroderma-spectrum disease. It has recently been suggested to rename this protein CenH3. Here, we argue that the original name should be maintained both because it is the basis of a long established nomenclature for centromere proteins and because it avoids confusion due to the presence of canonical histone H3 at centromeres.

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A role for variant histone H2A.Z in gene expression is now well established but little is known about the mechanisms by which it operates. Using a combination of ChIP-chip, knockdown and expression profiling experiments, we show that upon gene induction, human H2A.Z associates with gene promoters and helps in recruiting the transcriptional machinery. Surprisingly, we also found that H2A.Z is randomly incorporated in the genome at low levels and that active transcription antagonizes this incorporation in transcribed regions. After cessation of transcription, random H2A.Z quickly reappears on genes, demonstrating that this incorporation utilizes an active mechanism. Within facultative heterochromatin, we observe a hyper accumulation of the variant histone, which might be due to the lack of transcription in these regions. These results show how chromatin structure and transcription can antagonize each other, therefore shaping chromatin and controlling gene expression.

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La chromatine est plus qu’un système d’empaquetage de l’ADN ; elle est le support de toutes les réactions liées à l’ADN dans le noyau des cellules eucaryotes et participe au contrôle de l’accès de l’ARN polymérase II (ARNPolII) à l’ADN. Responsable de la transcription de tous les ARNm des cellules eucaryotes, l’ARNPolII doit, suivant son recrutement aux promoteurs des gènes, transcrire l’ADN en traversant la matrice chromatinienne. Grâce au domaine C-terminal (CTD) de sa sous-unité Rpb1, elle coordonne la maturation de l’ARNm en cours de synthèse ainsi que les modifications de la chromatine, concomitantes à la transcription. Cette thèse s’intéresse à deux aspects de la transcription : la matrice, avec la localisation de la variante d’histone H2A.Z, et la machinerie de transcription avec le cycle de phosphorylation du CTD de l’ARNPolII. Suivant l’introduction, le chapitre 2 de cette thèse constitue un protocole détaillé et annoté de la technique de ChIP-chip, chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Cette technique phare dans l’étude in vivo des phénomènes liés à l’ADN a grandement facilité l’étude du rôle de la chromatine dans les phénomènes nucléaires, en permettant de localiser sur le génome les marques et les variantes d’histones. Ce chapitre souligne l’importance de contrôles adéquats, spécifiques à l’étude de la chromatine. Au chapitre 3, grâce à la méthode de ChIP-chip, la variante d’histone H2A.Z est cartographiée au génome de la levure Saccharomyces cerevisiae avec une résolution d’environ 300 paires de bases. Nos résultats montrent que H2A.Z orne un à deux nucléosomes au promoteur de la majorité des gènes. L’enrichissement de H2A.Z est anticorrélé à la transcription et nos résultats suggèrent qu’elle prépare la chromatine pour l’activation des gènes. De plus H2A.Z semble réguler la localisation des nucléosomes. Le chapitre suivant s’intéresse à la transcription sous l’angle de la machinerie de transcription en se focalisant sur le cycle de phosphorylation de l’ARN polymérase II. Le domaine C-terminal de sa plus large sous-unité est formé de répétitions d’un heptapeptide YSPTSPS dont les résidus peuvent être modifiés au cours de la transcription. Cette étude localise les marques de phosphorylation des trois résidus sérine de manière systématique dans des souches mutantes des kinases et phosphatases. Nos travaux confirment le profil universel des marques de phosphorylations aux gènes transcrits. Appuyés par des essais in vitro, ils révèlent l’interaction complexe des enzymes impliqués dans la phosphorylation, et identifient Ssu72 comme la phosphatase de la sérine 7. Cet article appuie également la notion de « variantes » des marques de phosphorylation bien que leur étude spécifique s’avère encore difficile. La discussion fait le point sur les travaux qui ont suivi ces articles, et sur les expériences excitantes en cours dans notre laboratoire.

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栉孔扇贝是我国传统的海水养殖品种,但自1997 年以来,养殖扇贝陆续爆发的大规模死亡,不但造成了巨大的经济损失,而且严重影响了该产业的健康发展。目前,虽然针对扇贝养殖环境、病原以及养殖技术等方面开展了大量的研究工作,提出了许多防病治病的措施,并取得了一定的成效。但由于引起养殖扇贝病害的病原和发病原因的多样性,大量使用抗菌素和农药后造成病原微生物抗药性的提高以及对环境造成的严重破坏,贝类养殖业要摆脱病害的困扰,必须开辟新的疾病防治途径。 从扇贝自身的免疫防御因子入手,筛选和克隆参与免疫防御的功能基因,尤其是一些新颖的具有抗菌活性的分子,对于深入探讨扇贝的免疫防御机制,指导扇贝的遗传改良和抗病品系的培育具有重要的意义;另一方面,可对抗菌效应物实现重组表达,开发新型的病害预防治疗制剂,取代目前普遍使用的抗生素和化学药物。抗菌效应物是机体在免疫应答过程中产生的多肽类物质,对侵入生物体内的细菌、病毒具有很强的免疫杀灭作用,对抗菌效应物的研究有助于深入了解机体先天性免疫防御的机制。 本研究在同源克隆策略的基础上,从利用构建的Genome Walking 文库中克隆到了栉孔扇贝核心组蛋白群的全长序列,该串联重复序列全长5671bp,包括各一个拷贝的组蛋白H4, H2B, H2A 和 H3。所有的核心组蛋白在3’侧翼序列均具有与其在细胞周期进化模式相关的特征结构,即两个不同的终止信号:发卡结构和至少一个多聚腺苷酸信号序列(AATAAA)。在5’区域的起始密码子上游37–45 bp处的保守的CAP位点(5’-PyCATTCPu-3’)存在于除H2B外的每一个基因中;规则的TATA 和CAAT元件也在核心组蛋白群中的个别的基因中找到。在H2B 和H2A基因的启动子区域,对于定位转录起始位点非常重要的元件(5’-GATCC-3’)也相对保守; 在H2B启动子区域存在着与其特征序列(5’-GGAATAAACGTATTC-3’)相似性很高的序列结构5’-GGATCGAAACGTTC-3’。增强子序列只发现存在于H4 和 H3基因中,其序列结构与组蛋白增强子序列(5’-TGATATATG-3’)基本匹配。在组蛋白基因群中存在着一些保守的序列和重复结构表明组蛋白基因的进化是采取“生与死的进化模 式”并伴随着强的纯化选择压力,使得该基因群变异较少以保持其基本功能。同时,利用18S rRNA做参照,探讨了H2A 和H2B作为分子系统进化分析的潜在分子标记,表明组蛋白H2A 和H2B可以作为分子系统进化分析得候选分子,它们在区分近缘种的分辨率上表现出了更高的灵敏度。该研究结果为进一步定性软体动物组蛋白重复单位提供了基础。 在脊椎动物中,组蛋白H2A通过特异性剪切其N末端产生新颖的抗菌肽的形式来参与宿主的免疫应答反应,在软体动物中是否存在同样的机制还未有研究报道。本研究利用上述克隆的H2A基因研究了其在病原胁迫下的表达变化规律并对其N末端39aa进行了重组表达和抗菌活性分析,以期为开发和利用软体动物的新颖的抗菌肽提供理论依据。半定量RT-PCR发现血细胞中H2A 的mRNA 在微生物感染前后的表达量没有任何显著的变化,表明H2A本身并不直接参与对病原的清除过程或者说病原微生物并不能诱导H2A的表达。因此,我们推测该基因可能象脊椎动物一样以前体形式存在,经剪切后参与宿主的免疫应答过程,为此我们研究了H2A的N末端的抗菌活性。通过将与脊椎动物buforin I同源的H2A的N末端39aa克隆到毕赤酵母表达载体pPIC9K实现了该基因N末端的重组表达。抑菌实验表明,重组产物具有广谱的抗菌活性,其对供试的革兰氏阳性菌藤黄微球菌表现出显著的抗菌活性,而对革兰氏阴性菌(鳗弧菌、亮弧菌)的抑菌活性则相对较弱;此外,重组产物对毕赤酵母GS115也表现出一定的杀菌活性,证明其具有抗真菌活性。上述研究结果证明组蛋白H2A的N末端是一种潜在的抗菌肽,但该抗菌肽是否参与机体的免疫应答过程需要进一步的深入研究。

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Specification of the centromere location in most eukaryotes is not solely dependent on the DNA sequence. However, the non-genetic determinants of centromere identity are not clearly defined. While multiple mechanisms, individually or in concert, may specify centromeres epigenetically, most studies in this area are focused on a universal factor, a centromere-specific histone H3 variant CENP-A, often considered as the epigenetic determinant of centromere identity. In spite of variable timing of its loading at centromeres across species, a replication coupled early S phase deposition of CENP-A is found in most yeast centromeres. Centromeres are the earliest replicating chromosomal regions in a pathogenic budding yeast Candida albicans. Using a 2-dimensional agarose gel electrophoresis assay, we identify replication origins (ORI7-LI and ORI7-RI) proximal to an early replicating centromere (CEN7) in C. albicans. We show that the replication forks stall at CEN7 in a kinetochore dependent manner and fork stalling is reduced in the absence of the homologous recombination (HR) proteins Rad51 and Rad52. Deletion of ORI7-RI causes a significant reduction in the stalled fork signal and an increased loss rate of the altered chromosome 7. The HR proteins, Rad51 and Rad52, have been shown to play a role in fork restart. Confocal microscopy shows declustered kinetochores in rad51 and rad52 mutants, which are evidence of kinetochore disintegrity. CENP-A(CaCse4) levels at centromeres, as determined by chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments, are reduced in absence of Rad51/Rad52 resulting in disruption of the kinetochore structure. Moreover, western blot analysis reveals that delocalized CENP-A molecules in HR mutants degrade in a similar fashion as in other kinetochore mutants described before. Finally, co-immunoprecipitation assays indicate that Rad51 and Rad52 physically interact with CENP-A(CaCse4) in vivo. Thus, the HR proteins Rad51 and Rad52 epigenetically maintain centromere functioning by regulating CENP-A(CaCse4) levels at the programmed stall sites of early replicating centromeres.

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The centromere, on which kinetochore proteins assemble, ensures precise chromosome segregation. Centromeres are largely specified by the histone H3 variant CENP-A (also known as Cse4 in yeasts). Structurally, centromere DNA sequences are highly diverse in nature. However, the evolutionary consequence of these structural diversities on de novo CENP-A chromatin formation remains elusive. Here, we report the identification of centromeres, as the binding sites of four evolutionarily conserved kinetochore proteins, in the human pathogenic budding yeast Candida tropicalis. Each of the seven centromeres comprises a 2 to 5 kb non-repetitive mid core flanked by 2 to 5 kb inverted repeats. The repeat-associated centromeres of C. tropicalis all share a high degree of sequence conservation with each other and are strikingly diverged from the unique and mostly non-repetitive centromeres of related Candida species-Candida albicans, Candida dubliniensis, and Candida lusitaniae. Using a plasmid-based assay, we further demonstrate that pericentric inverted repeats and the underlying DNA sequence provide a structural determinant in CENP-A recruitment in C. tropicalis, as opposed to epigenetically regulated CENP-A loading at centromeres in C. albicans. Thus, the centromere structure and its influence on de novo CENP-A recruitment has been significantly rewired in closely related Candida species. Strikingly, the centromere structural properties along with role of pericentric repeats in de novo CENP-A loading in C. tropicalis are more reminiscent to those of the distantly related fission yeast Schizosaccharomyces pombe. Taken together, we demonstrate, for the first time, fission yeast-like repeat-associated centromeres in an ascomycetous budding yeast.