Kata "dimetilasi" menunjukkan adanya tambahan dua gugus metil pada lisina seperti pada H3K9me2.
H3K9me2 adalah sebuah modifikasi epigenetik kepada protein histon H3 dengan adanya dimetilasi pada residu lisina ke-9 di protein histon H3. H3K9me2 berhubungan kuat dengan aktivitas represi transkripsi,[1][2][3] jumlahnya lebih tinggi pada gen yang diam/inaktif dibandingkan gen aktif, tepatnya di daerah sekitar 10kb dekat situs mulai transkripsi.[4] H3K9me2 menghambat ekspresi gen baik secara pasif (mengambat asetilasi yang memengaruhi penempelan RNA polimerase atau faktor regulasinya)[5] maupun secara aktif (menarik penghambat transkripsi).[6][7] H3K9me2 umumnya terbentang luas di daerah DNA yang miskin gen, disebut juga Large Organised Chromatin K9 domains (LOCKS). Namun, H3K9me2 juga ditemukan pada daerah kaya gen (genic) maupun daerah antargen (intergenic).[8][9][10][11] Proses sintesisnya dikatalisasi oleh G9a, EHMT1, dan PRDM2.[1][3][12] H3K9me2 dapat dihilangkan dengan berbagai enzim demetilase lisina histon (KDM) termasuk KDM1, KDM3, KDM4, dan keluarga KDM7.[13][6] Fungsi penting dari H3K9me2 cukup bervariasi, mulai dari komitmen garis keturunan sel,[10][14] pemrograman ulang sel somatis menjadi sel punca pluripoten terinduksi,[15] regulasi respon peradangan,[16][17] dan kecanduan obat.[2][18][19][20]
Genom sel eukariot dibungkus oleh protein khusus bernama histon. Kompleks ini dibentuk oleh kromatin. Struktur dasar dari kromatin adalah nukleosom yang terdiri dari inti histon oktamer (H2A, H2B, H3, dan H4), histon penghubung, dan sekitar 180 pasang basa DNA. Inti histon kaya akan residu lisina dan arginina. Ujung-C dari histon tadi berkontribusi kepada interaksi histon-histon dan interaksi DNA-histon. Sementara itu, ekor ujung-N merupakan tempat modifikasi pascatranslasi, seperti yang teramati pada H3K9me2.[22][23]
Implikasi epigenetik
Modifikasi pascatranslasi ekor histon, baik oleh kompleks pengubah histon maupun kompleks pemodel ulang kromatin, diinterpretasikan oleh sel menjadi keluaran transkripsi kombinatorial yang kompleks. Diperkirakan bahwa kode histon menentukan ekspresi gen dengan interaksi kompleks antarhiston di daerah tertentu.[24] Pemahaman terkini mengenai histon datang dari dua proyek berskala besar: ENCODE dan peta epigenom.[25] Tujuan dari penelitian epigenom adalah untuk menginvestigasi perubahan epigenetik di seluruh genom. Hal ini mengarah kepada kondisi kromatin yang mendefinisikan daerah genomik dengan mengelompokkan interaksi antarprotein atau antarmodifikasi histon. Kondisi kromatin telah diteliti di sel Drosophila dengan mengamati situs penempelan protein di genom. Pengunaan metode ChIP telah mengungkap daerah di genom yang ditandai oleh pita berbeda.[26] Tahapan perkembangan yang berbeda juga ditemukan di Drosophila dengan menekankan kondisi modifikasi histon.[27] Berbekal data eksperimen, kita bisa mendefinisikan kondisi kromatin berdasarkan modifikasi histon.[28] Lima modifikasi kunci berhasil ditemukan dengan masing-masing modifikasi terkait dengan fungsi sel yang berbeda.
Genom manusia dianotasi dengan kondisi kromatin. Kondisi tadi dapat digunakan sebagai cara baru untuk menganotasi genom secara independen dari sekuens genom. Kondisi kromatin juga berguna untuk mengidentifikasi elemen regulator yang tidak memiliki sekuens yang jelas seperti enhancer. Tambahan level anotasi ini memungkinkan kita untuk memahami lebih dalam regulasi gen di sel spesifik.[29]
Signifikansi klinis
Kecanduan
Paparan obat candu kronis dapat mengakibatkan represi G9a yang dimediasi oleh ΔFosB dan penurunan dimetilasi H3K9 di nukleus akumbens. Hal ini dapat menyebabkan arborasi dendritik, perubahan ekspresi protein sinaptik, dan peningkatan perilaku sakau.[2][18] Sebaliknya, hiperekspresi G9a di nukleus akumbens mengakibatkan peningkatan dimetilasi H3K9 dan menghambat induksi plastisitas saraf dan perilaku oleh penggunaan obat kronis[30][31][32][33] yang terjadi melalui represi faktor transkripsi untuk ΔFosB yang dimediasi H3K9me2 dan represi berbagai target transkripsi ΔFosB oleh H3K9me2 (misalnya, CDK5).[2][18][31] Keterlibatan H3K9me2 dalam umpan balik berulang dan peran patofisioliogis sentral dari overekspresi ΔFosB sebagai pemicu mekanistik untuk kecaduan[2][34] memicu reduksi H3K9me2 di nukleus akumbens setelah paparan berulang terhadap obat candu.[18][31]
Penanda epigenetik H3K9me2 ditemukan pada sebagian kecil promotor gen terkait penyakit kardiovaskular di sel otot polos vaskular.[16] H3K9me2 berfungsi untuk menghambat penempelan faktor transkripsi NF-κB dan AP-1. Pada pasien dengan lesi aterosklerotik, jumlah H3K9me2 ditemukan menurun jumlahnya di sel otot polos vaskular dibandingkan jaringan aorta sehat.[36] Sel otot polos vaskular dari pasien diabetes juga menunjukkan penurunan kadar H3K9me2 dibandingkan dengan kelompok kontrol sehingga dapat disimpulkan bahwa disregulasi H3K9me2 mungkin mendasari komplikasi vaskular terkait diabetes.[37][38]
Metode deteksi
Modifikasi histon, termasuk H3K9me2, bisa dideteksi dengan berbagai teknik:
Chromatin Immunoprecipitation Sequencing (ChIP-sequencing) mengukur jumlah pengayaan DNA setelah menempel ke protein target dan diimunopresipitasi. Teknik ini menghasilkan optimisasi yang baik dan digunakan pada uji in vivo untuk mengukur ikatan DNA-protein yang terjadi di sel. ChIP-Seq bisa digunakan untuk mengidentifikasi dan menkuantifikasi berbagai fragmen DNA untuk modifikasi histon yang berbeda-beda di sepanjang wilayah genomik.[39]
CUT&RUN (Cleavage Under Targets and Release Using Nuclease) dilakukan dengan mengisolasi kompleks DNA-protein langsung dari inti sel tanpa tahap presipitasi. Dalam teknik ini, antibodi yang spesifik menempel ke protein pengikat DNA dan ProtA-MNase ditambahkan ke sel yang dipermeabilisasi. MNase ditambatkan ke protein melalui interaksi ProtA-antibodi, lalu MNase akan membelah DNA yang tidak terlindungi di sekitarnya untuk melepaskan kompleks DNA-protein yang bisa diisolasi dan diurutkan.[40][41] CUT&RUN diketahui memberikan rasio sinyal terhadap noise yang lebih tinggi dibandingkan teknik ChIP konvensional. Hal ini memungkinkan CUT&RUN untuk menggunakan kedalaman pengurutan yang jauh lebih sedikit dibanding ChIP (hanya sepersepuluhnya) dan memungkinkan pemetaan genom modifikasi histon serta faktor transkripsi dengan jumlah sel yang sangat sedikit.[40][41][42]
^Barski A, Cuddapah S, Cui K, Roh TY, Schones DE, Wang Z, et al. (May 2007). "High-resolution profiling of histone methylations in the human genome". Cell. 129 (4): 823–37. doi:10.1016/j.cell.2007.05.009. PMID17512414.
^Jenuwein T, Allis CD (August 2001). "Translating the histone code". Science. 293 (5532): 1074–80. doi:10.1126/science.1063127. PMID11498575.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Whalley K (December 2014). "Psychiatric disorders: a feat of epigenetic engineering". Nature Reviews. Neuroscience. 15 (12): 768–9. doi:10.1038/nrn3869. PMID25409693.
^Ruffle JK (November 2014). "Molecular neurobiology of addiction: what's all the (Δ)FosB about?". The American Journal of Drug and Alcohol Abuse. 40 (6): 428–37. doi:10.3109/00952990.2014.933840. PMID25083822.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Greißel A, Culmes M, Napieralski R, Wagner E, Gebhard H, Schmitt M, et al. (August 2015). "Alternation of histone and DNA methylation in human atherosclerotic carotid plaques". Thrombosis and Haemostasis. 114 (2): 390–402. doi:10.1160/TH14-10-0852. PMID25993995.Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^Chen J, Zhang J, Yang J, Xu L, Hu Q, Xu C, et al. (February 2017). "Histone demethylase KDM3a, a novel regulator of vascular smooth muscle cells, controls vascular neointimal hyperplasia in diabetic rats". Atherosclerosis. 257: 152–163. doi:10.1016/j.atherosclerosis.2016.12.007. PMID28135625.
