Gli scienziati dell'Helmholtz Zentrum München e della Ludwig-Maximilians-Universität Munich (LMU) hanno scoperto che due nuove classi di modificazioni istoniche accoppiano il metabolismo cellulare all'attività genica. Lo studio è stato pubblicato su Biologia strutturale e molecolare della natura .

Il DNA è avvolto intorno a proteine ​​chiamate istoni, che servono a impacchettare il DNA all'interno del nucleo cellulare e svolgono un ruolo importante nella regolazione dell'espressione genica. Le proteine ​​istoniche possono essere modificate con piccoli gruppi chimici, molti dei quali sono prodotti del metabolismo cellulare. Compromettendo o migliorando la trascrizione, queste modificazioni sono in grado di influenzare l'attività genica.

Sebbene ciò possa fornire un potenziale meccanismo attraverso il quale il nostro ambiente, ad esempio il cibo che mangiamo, può portare a cambiamenti nell'espressione genica, non è chiaro come i segni istonici siano realmente associati al metabolismo cellulare e come questo possa influenzare l'organizzazione della cromatina e l'attività genica.

In questo studio, Il team di Robert Schneider dell'Institute of Functional Epigenetics (IFE) dell'Helmholtz Zentrum München e della LMU ha esaminato due nuove modifiche, propionilazione e butirrilazione (cioè l'aggiunta di gruppi propionile e butirrile alle proteine ​​istoniche). I ricercatori hanno scoperto che i gruppi propionile e butirrile possono essere presenti sull'istone H3, specificamente al residuo di lisina 14 (H3K14).

Il propionato e il butirrato sono prodotti del metabolismo degli acidi grassi

Secondo lo studio, queste modificazioni segnano specificamente geni altamente espressi e la loro presenza cambia in caso di alterazioni metaboliche, per esempio a digiuno. I ricercatori hanno anche dimostrato che la propionilazione dell'istone può guidare la trascrizione in provetta (in vitro) suggerendo che si tratta di un segno di stimolazione in grado di provocare l'espressione di geni quando è presente. "Interessante, propionato e butirrato sono prodotti del metabolismo degli acidi grassi", spiega Robert Schneider. "Ciò significa che queste modificazioni dell'istone potrebbero essere un modo attraverso il quale lo stato metabolico della cellula è legato all'architettura della cromatina".

Un modo in cui le modificazioni dell'istone suscitano risposte biologiche è il riconoscimento da parte di proteine ​​specifiche, cosiddetti "lettori". Utilizzando una combinazione di saggi pulldown e spettrometria di massa, il team ha identificato le proteine ​​di lettura specifiche per questi nuovi segni. L'aggiunta di questi segni in risposta al metabolismo degli acidi grassi e al legame delle proteine ​​del lettore cambia la firma della cromatina e quindi il suo stato funzionale. "Questi risultati sono particolarmente significativi per quanto riguarda le malattie metaboliche, come il diabete e l'obesità", ha detto Schneider. "Il nostro obiettivo ora è studiare il ruolo di questi nuovi interruttori genetici nei modelli di malattia".

I risultati suggeriscono un possibile ruolo della propionilazione dell'istone nella segnalazione metabolica e nella malattia, poiché la propionil-CoA carbossilasi (l'enzima che degrada questo cofattore) è implicata nelle malattie metaboliche e in effetti altera la propionilazione dell'istone.