Using heterochromatin-enriched fractions, we have detected specific binding of mononucleosomes to the N-terminal domain of the inner nuclear membrane protein lamin B receptor. Mass spectrometric analysis reveals that LBR-associated particles contain complex patterns of methylated/acetylated histones and are devoid of "euchromatic" epigenetic marks. LBR binds heterochromatin as a higher oligomer and forms distinct nuclear envelope microdomains in vivo. The organization of these membrane assemblies is affected significantly in heterozygous ic (ichthyosis) mutants, resulting in a variety of structural abnormalities and nuclear defects.A significant proportion of heterochromatin is localized in the periphery of the cell nucleus and maintains a close spatial association with the inner nuclear membrane (1-5). This spatial association reflects a multiplicity of interactions between chromatin components and integral or peripheral proteins of the nuclear envelope (NE) 1 (6, 7).Because chromatin is extensively and differentially modified (8, 9), it is tempting to think that certain epigenetic marks or factors associated with histone modifying enzymes provide binding sites for NE proteins. However, it is equally possible that transcriptionally active, noncondensed chromatin is subjected to silencing and "heterochromatinization" upon contact to the NE. Both of these hypotheses receive experimental support: chromatin that is silenced through binding to SIRs can tether itself to the NE (10), whereas targeting of marker genes to the inner nuclear membrane suppresses their expression (11).One of the factors that have been implicated in chromatin anchorage to the NE is the lamin B receptor (12). LBR is a polytopic inner nuclear membrane protein consisting of a long, N-terminal domain, seven or eight hydrophobic transmembrane regions, and a C-terminal tail (13). The N-terminal part of the molecule protrudes to the nucleoplasm and contains multiple serine-arginine motifs that are phosphorylated by the SRPK1 and the cdc2 kinases (14, 15); the hydrophobic region represents, instead, a (functional) form of sterol reductase and is involved in cholesterol metabolism (16).Immunodepletion of LBR from detergent-solubilized NE vesicles results in proteoliposomes with a diminished ability to bind chromatin. Furthermore, direct binding of electrophoretically purified LBR to metaphase chromosomes can be demonstrated by in vitro assays (17). Corroborating these observations, anti-LBR antibodies block nuclear assembly in sea urchin egg extracts (18), whereas direct (19) and indirect (20) interactions with heterochromatin protein 1 (HP1) have been claimed in the literature.Two critical parameters in LBR-chromatin interactions are the physical state of LBR and the molecular features of LBRassociated chromatin. To address these issues, we have isolated fragments of peripheral heterochromatin attached to the inner nuclear membrane. These subcellular fractions were utilized to affinity select mononucleosomes that associate with LBR and investigate L...
We have examined HP1-chromatin interactions in different molecular contexts in vitro and in vivo. Employing purified components we show that HP1 exhibits selective, stoichiometric, and salt-resistant binding to recombinant histone H3, associating primarily with the helical "histone fold" domain. Furthermore, using "bulk" nucleosomes released by MNase digestion, S-phase extracts, and fragments of peripheral heterochromatin, we demonstrate that HP1 associates more tightly with destabilized or disrupted nucleosomes (H3/H4 subcomplexes) than with intact particles. Western blotting and mass spectrometry data indicate that HP1-selected H3/H4 particles and subparticles possess a complex pattern of posttranslational modifications but are not particularly enriched in me 3 K9-H3. Consistent with these results, mapping of HP1 and me 3 K9-H3 sites in vivo reveals overlapping, yet spatially distinct patterns, while transient transfection assays with synchronized cells show that stable incorporation of HP1-gfp into heterochromatin requires passage through the S-phase. The data amassed challenge the dogma that me 3 K9H3 is necessary and sufficient for HP1 binding and unveil a new mode of HP1-chromatin interactions.Histone modifications are thought to provide specific readouts that are selectively utilized in DNA transactions or chromatin state transitions (1). Given the multiplicity of modification sites and the diverse chemistries of post-translational modifications, the combinatorial repertoire of this putative "histone code" might have enormous dimensions; for instance, methylation of the five lysine residues that are located at the amino-terminal tail of histone H3 could yield alone over 15 ϫ 10 3 distinct patterns, while "saturation marking" of all lysines, arginines, serines, and threonines that are found in the same region would result in ϳ256 ϫ 10 6 combinations. Clearly then, even if 1% of the predicted patterns were materialized in vivo, this voluminous "instruction manual" could not be functionally interpreted without the aid of specific de-coding factors. Consistent with this idea, recent studies have identified a set of chromatin-associated proteins that bind specifically modified histones and could, at least in theory, fulfil such a de-coding role. As it turns out, these "effector" molecules are often components of large enzymatic assemblies and possess specialized modules known as bromo-, tudor-, or chromodomains (2).A classic example of a chromodomain-containing protein is HP1, a conserved constituent of eukaryotic cells, which, in metazoans, comprises three distinct variants: ␣, , and ␥ (3). HP1␣ and HP1 are localized in compact heterochromatic regions, while HP1␥ is more abundant in euchromatic territories (reviewed in Refs. 4 and 5). All HP1 variants have the same molecular architecture: they contain an amino-terminal chromodomain (CD), 5 an intervening region ("hinge") and a carboxylterminal chromoshadow domain (CSD). The CD is thought to be responsible for chromatin association, whereas the CSD rep...
Antiviral DNA vaccines are a novel strategy in the vaccine development field, which basically consists of the administration of expression vectors coding viral antigen sequences into the host's cells. Targeting of conserved viral epitopes by antibody fragments specific to activating cell surface co-receptor molecules on antigen-presenting cells could be an alternative approach for inducing protective immunity. It has been shown that FcγRI on human monocytes enhances antigen presentation in vivo. Various DNA constructs, encoding a Single-chain variable antibodies (scFv) from mouse anti-human FcγRI monoclonal antibody, coupled to a sequence encoding a T- and B-cell epitope-containing influenza A virus hemagglutinin inter-subunit peptide were inserted into the eukaryotic expression vector system pTriEx-3 Neo. The constructed chimeric DNA molecules were expressed by transfected Chinese hamster ovary cells and the ability of the engineered proteins to interact with FcγRI-expressing cells was confirmed by flow cytometry. The fusion protein induced a strong signal transduction on human monocytes via FcγRI. The expression vector pTriEx-3 Neo containing the described construct was used as a naked DNA vaccine and introduced directly to experimental humanized NOD SCID gamma mice with or without boosting with the expressed fusion protein. Immunization with the generated DNA chimeric molecules and prime-boost with the expressed recombinant proteins induced significant serum levels of anti-influenza immunoglobulin G antibodies and strong cytotoxic T lymphocyte activity against influenza virus-infected cells in humanized animals.
Αρχικός έλεγχος φυσιολογικών και νεοπλασματικών κυττάρων ανθρώπου και ποντικού χρησιμοποιώντας ειδικούς ανιχνευτές για την HPΙα και ΗΡΙβ έδειξε ότι η έκφραση των πρωτεϊνών αυτών δεν διαφέρει σημαντικά. Παράλληλα, μελέτη φυσιολογικών ιστών και πρωτογενών καλλιεργειών που έγινε στο εργαστήριό μας έδειξε σύνθετα πρότυπα υποπυρηνικής κατανομής που δεν θα μπορούσαν εύκολα να αποδοθούν σε αυξομειώσεις της ενδοκυττάριας συγκέντρωσης των ΗΡΙα/β, αλλά θα ήταν πιο συμβατά με έναν μηχανισμό ρύθμισης που εξαρτάται από αυξητικούς παράγοντες και μιτογόνα. Επί τη βάσει αυτών των δεδομένων επικεντρώσαμε τη μελέτη μας στις αλληλεπιδράσεις της πρωτεΐνης ΗΡ1 (Heterochromatin Protein 1) με διαφορετικά χρωματινικά υποστρώματα υπό in vitro και in vivo συνθήκες. Η άποψη που ισχύει ως τώρα είναι ότι η ΗΡ1 εντοπίζεται σε μεταγραφικά ανενεργή, συστατική (constitutive) ετεροχρωματίνη συνδεόμενη ειδικά με την ιστόνη Η3 που είναι μετα-μεταφραστικά τροποποιημένη (τριμεθυλιωμένη) στη λυσίνη 9 (me3K9-H3). Το παραπάνω πρότυπο, παρά την κομψότητα και την απλότητά του δεν επαρκεί όμως για να ερμηνεύσει το ευρύ φάσμα των αλληλεπιδράσεων της ΗΡ1 με την ετεροχρωματίνη πουπαρατηρούνται in vivo. Για αυτόν τον λόγο, μελετήσαμε τις αλληλεπιδράσεις ΗΡ1- χρωματίνης σε διαφορετικά επίπεδα πολυπλοκότητας και διερευνήσαμε κατά πόσον η me3K9-H3 αποτελεί τη μοναδική θέση πρόσδεσης της ΗΡ1. In vitro μελέτες έδειξαν ότι η ΗΡ1 προσδένεται επιλεκτικά σε μη τροποποιημένη ή μερικώς πρωτεολυμένη ιστόνη Η3, αλληλεπιδρώντας κυρίως με το κεντρικό τμήμα της (histone fold). Επίσης δείξαμε ότι η ΗΡ1 συνδέεται πιο ισχυρά στα διασπασμένα νουκλεοσώματα (Η3/Η4 υποσωματίδια) από ότι στα ακέραια σωματίδια. Τα αποτελέσματα της ανοσοαποτύπωσης κατά western και της φασματοσκοπίας μάζας έδειξαν ότι τα σωματίδια που επιλέγει η ΗΡ1 διαθέτουν ένα πολύπλοκο μοτίβο μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων, δεν είναι ιδιαίτερα εμπλουτισμένασε me3K9-H3 και δεν ακολουθούν το σύνολο των κανόνων που υπαγορεύονται από τον ιστονικό κώδικα. Αυτές οι βιοχημικές μελέτες συνηγορούν στην ιδέα ότι οι πρωτεΐνες ΗΡ1 αλληλεπιδρούν μετα διαφορετικά χρωματινικά υποστρώματα με τρόπο που εξαρτάται από τη φυσική κατάσταση της χρωματίνης. Είναι επίσης φανερό ότι οι in vitro παρατηρήσεις μας σχετίζονται με μία τουλάχιστον «χρωματινική κατάσταση» που απαντάται in vivo. Για παράδειγμα, παρατηρήσαμε ότι, η HP1 και η me3K9-H3 δεν συνεντοπίζονται απόλυτα και παρουσιάζουν διακριτά πρότυπα. In vivo πειράματα έδειξαν επίσης ότι η σταθερή ενσωμάτωση της ΗΡ1 στις ετεροχρωματινικές εστίες εξαρτάται από την S φάση. Τα αποτελέσματα αυτά αμφισβητούν το δόγμα ότι η μεθυλίωση στη λυσίνη 9 της ιστόνης Η3 αποτελεί τη μοναδική θέση πρόσδεσης (creates a binding site...) για την ΗΡ1 καιυποστηρίζουν ένα μηχανισμό ενσωμάτωσης που βασίζεται στην αντιγραφή. Ένα άλλο τμήμα της μελέτης μας επικεντρώθηκε στις αλληλεπιδράσεις του πυρηνικού φακέλου με την ετεροχρωματίνη. Ένα βασικό συστατικό του πυρηνικού φακέλου είναι ο LBR (Lamin Β Receptor), μία πολυτοπική πρωτεΐνη της εσωτερικής πυρηνικής μεμβράνης που συμμετέχει στην αγκυροβόληση της χρωματίνης στην περιφέρεια. Δύο βασικοί παράμετροι στις αλληλεπιδράσεις LBR-χρωματίνης είναι η φυσική κατάσταση του LBR και τα μοριακά χαρακτηριστικά της χρωματίνης με την οποία συνδέεται. Για να προσεγγίσουμε τα ερωτήματα αυτά, απομονώσαμε τμήματα περιφερικής ετεροχρωματίνης που είναι προσκολλημένα στην εσωτερική πυρηνική μεμβράνη. Δείξαμε ότι το αμινοτελικό τμήμα του LBR συνδέεται άμεσα με μονονουκλεοσώματα. Ανάλυση των νουκλεοσωματικών σωματιδίων που αλληλεπιδρούν με τον LBR με φασματοσκοπία μάζας απεκάλυψε πολύπλοκα πρότυπα μεθυλιωμένων/ακετυλιωμένων ιστονών που δεν περιέχουν ευχρωματινικές επιγενετικές τροποποιήσεις. Επίσης, μερικοί από τους συνδυασμούς που ανιχνεύθηκαν δεν ήταν συμβατοί με τους κανόνες του «ιστονικού κώδικα». Πολλές από τις διαμεμβρανικές πρωτεΐνες του πυρηνικού φακέλου οργανώνονται σε πολυπρωτεϊνικά σύμπλοκα και σχηματίζουν πλατφόρμες αναδιαμόρφωσης χρωματίνης. Πειράματα in vitro έδειξαν ότι ο LBR αλληλεπιδρά με τον εαυτό του μέσω του αμινοτελικού τμήματος και σχηματίζει ολιγομερή στο επίπεδο του πυρηνικού φακέλου. Επίσης, χρησιμοποιώντας μία ποικιλία μορφολογικών τεχνικών, δείξαμε ότι ο ενδογενής LBRεντοπίζεται σε διακριτές νησίδες στον πυρηνικό φάκελο. Τέλος, μορφολογική ανάλυση τωνετερόζυγων μεταλλάξεων του LBR στα ποντίκια έδειξε ότι η φυσιολογική κατανομή καθώς και η οργάνωση των νησίδων που σχηματίζει ο LBR στον φάκελο διαταράσσεται σημαντικά προκαλώντας μία ποικιλία δομικών και πυρηνικών αλλοιώσεων
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.