Chromatin Remodeling at Modipikasyon sa Panahon ng Transkripsyon na Pinapagana ng HIV-1 Tat

I. CHROMATIN AT TRANSKRIPSYON

A. Istruktura ng Chromatin

Ang human genome ay binubuo ng humigit-kumulang 2 metro ng DNA na nakapaloob sa loob ng nucleus, na nangangailangan ng malaking compaction at condensation.
Ito ay nagagawa sa pamamagitan ng pagbuo ng mga nucleosome at karagdagang mas mataas na order na mga istruktura ng chromatin.
Mayroong apat na core histones: H3, H4, H2A, at H2B, na idineposito sa genomic DNA.
Ang pagpupulong ng chromatin ay nagsisimula sa pagbuo ng histone octamer, na binubuo ng isang H3/H4 tetramer at dalawang H2A/H2B dimers.
Ang mga histone ay may karaniwang istruktura, ang 'histone fold', na binubuo ng dalawang maikling α-helices at isang mahabang central helix na pinaghihiwalay ng mga tulay, na kinakailangan para sa histone-DNA at histone-histone interactions.
Ang karagdagang functional domain ng mga histone ay ang kanilang N-terminal histone tails.
- Ang mga histone tails ay lubhang basic, naglalaman ng maraming sites para sa post-translational modifications, at maaaring kasangkot sa pagbuo ng chromatin fiber sa pamamagitan ng interactions sa mga kalapit na nucleosome.
Ang nucleosome core particle ay nabuo sa pamamagitan ng pagbalot ng humigit-kumulang 146 base pairs (bp) ng DNA sa paligid ng isang solong histone octamer.
Ang isang nucleosome ay binubuo ng nucleosome core, linker DNA sa pagitan ng mga nucleosome, at ang linker histone, H1.
Ang mga nucleosome ay nakaposisyon sa kahabaan ng DNA at pinaghihiwalay ng 10 hanggang 60 bp ng DNA na bumubuo sa isang nucleosome array at maaaring ilarawan bilang 'beads on a string'.
Ang self-association ng nucleosome arrays ay humahantong sa mas mataas na order chromatin structure, kabilang ang >30 nm fibers na nakikita sa vivo.
Lumilitaw na pinapatatag ng Histone H1 ang mas mataas na order chromatin structure, habang ang karagdagang condensation ng chromatin ay nakakamit sa pamamagitan ng fiber-fiber interactions.
Ang mga histone tail ay kritikal para sa intramolecular folding at fiber-fiber interactions na ito.

B. Papel ng Chromatin sa Regulasyon ng Transkripsyon

Ang mga nucleosome at mas mataas na order na mga istruktura ng chromatin ay nagpapakita ng isang mahalagang hadlang sa transkripsyon.
Ang DNA binding ng transcription factors at transcription sa pamamagitan ng RNA polymerase II (Pol II) ay maaaring sumailalim sa chromatin repression sa ilang mga yugto, kabilang ang pagbuo ng pre-initiation complex, transcription initiation, at elongation.
Ang DNA binding ay maaaring mapadali sa pamamagitan ng disruption ng histone-DNA interactions sa pamamagitan ng kemikal na modipikasyon ng histone tails o sa pamamagitan ng chromatin remodeling complexes.
Ang mga rehiyon ng genome na aktibong transcribed, na tinatawag na euchromatin, ay may mas bukas at accessible na istraktura.
Ang mga rehiyong ito ay nauugnay sa mga pagbabago sa istraktura ng chromatin pati na rin ang pagkawala ng mga histone (histone H1 o isang solong H2A/H2B dimer), na parehong kasangkot sa pagpapanatili ng mas mataas na order chromatin structure.
Bagaman ang istraktura ng nucleosome ay binago, ang mga nucleosome sa pangkalahatan ay nananatiling nauugnay sa DNA sa panahon ng transcription sa pamamagitan ng RNA Pol II.
Mayroong dalawang uri ng complexes na maaaring mag-modulate ng istraktura ng chromatin upang mapadali ang pagpupulong ng transcription initiation complex. Ang mga complexes na ito ay ang histone acetyltransferases (HATs) at ang ATP-dependent chromatin remodelers.
Mayroong dalawang klase ng HATs. Ang type B cytoplasmic HATs ay nag-a-acetylate ng mga libreng histone na kasunod na itinatransport sa nucleus at binuo sa chromatin. Ang type A nuclear HATs ay nagsasagawa ng transcription-related acetylation ng nucleosomal histones.
Maraming transcriptional regulatory proteins, kabilang ang GCN5, CBP/p300, p/CAF (isang human homologue ng yeast GCN5), TAFII250, Tip60, at ang nuclear hormone receptor, ACTR, ay natukoy bilang type A HATs.
Ang acetylation ng N-termini ng core histones ay gumaganap ng isang pangunahing papel sa transcriptional regulation.
Ang iba't ibang nuclear HATs ay preferentially acetylate specific lysines sa core histones H3 at H4. Halimbawa, ang p/CAF ay pangunahing nag-a-acetylate ng lysine 14 ng H3 at hindi gaanong mahusay na nag-a-acetylate ng lysine 8 ng H4, habang ang CBP/p300 ay maaaring mag-acetylate ng lahat ng lysine residues ngunit preferentially acetylates lysines 14 at 18 ng H3, at lysines 5 at 8 ng H4.
Bukod pa rito, ang histone deacetylases (HDACs) ay nagre-regulate din ng istraktura ng chromatin at antagonistic sa HAT function. Inaalis ng mga HDAC ang acetyl groups mula sa histone tails na nagpapahintulot sa reformation ng istraktura ng chromatin at repression ng transcription.
Samakatuwid, lumilitaw na mayroong isang kumplikadong interplay sa pagitan ng HATs at HDACs sa pagre-regulate ng chromatin remodeling.
Ang ATP-dependent chromatin remodeling complexes ay binubuo ng dalawa hanggang labindalawang subunits na gumagamit ng ATP hydrolysis upang baguhin ang istraktura ng chromatin. Kumikilos ang ATP-dependent remodelers sa pamamagitan ng alinman sa pagbabago ng mga posisyon ng nucleosome sa kahabaan ng DNA (