Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1085210.32607/20758251-2019-11-2-82-91Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleThe Profile of Post-translational Modifications of Histone H1 in Chromatin of Mouse Embryonic Stem CellsПрофиль посттрансляционных модификаций гистона Н1 в хроматине эмбриональных стволовых клеток мышиStarkovaT. Yu.СтарковаТ. Ю.
Russian Federation
t.starkova@incras.ruArtamonovaT. O.АртамоноваТ. О.
Russian Federation
t.starkova@incras.ruErmakovaV. V.ЕрмаковаВ. В.
Russian Federation
t.starkova@incras.ruChikhirzhinaE. V.ЧихиржинаЕ. В.
Russian Federation
t.starkova@incras.ruKhodorkovskiiM. A.ХодорковскийМ. А.
Russian Federation
t.starkova@incras.ruTomilinA. N.ТомилинА. Н.
Russian Federation
a.tomilin@incras.ruInstitute of Cytology of the Russian Academy of SciencesИнститут цитологии РАНPeter the Great St.Petersburg Polytechnic UniversityСанкт-Петербургский государственный политехнический университет имени Петра ВеликогоSaint Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университет15062019112VOL 11, NO2 (2019)ТОМ 11, №2 (2019)829121012020Copyright ©; 2019, Starkova T.Y., Artamonova T.O., Ermakova V.V., Chikhirzhina E.V., Khodorkovskii M.A., Tomilin A.N.Copyright ©; 2019, Старкова Т.Ю., Артамонова Т.О., Ермакова В.В., Чихиржина Е.В., Ходорковский М.А., Томилин А.Н.2019Starkova T.Y., Artamonova T.O., Ermakova V.V., Chikhirzhina E.V., Khodorkovskii M.A., Tomilin A.N.Старкова Т.Ю., Артамонова Т.О., Ермакова В.В., Чихиржина Е.В., Ходорковский М.А., Томилин А.Н.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10852

Linker histone H1 is one of the main chromatin proteins which plays an important role in organizing eukaryotic DNA into a compact structure. There is data indicating that cell type-specific post-translational modifications of H1 modulate chromatin activity. Here, we compared histone H1 variants from NIH/3T3, mouse embryonic fibroblasts (MEFs), and mouse embryonic stem (ES) cells using matrix-assisted laser desorption/ ionization Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (MALDI-FT-ICR-MS). We found significant differences in the nature and positions of the post-translational modifications (PTMs) of H1.3-H1.5 variants in ES cells compared to differentiated cells. For instance, methylation of K75 in the H1.2-1.4 variants; methylation of K108, K148, K151, K152 K154, K155, K160, K161, K179, and K185 in H1.1, as well as of K168 in H1.2; phosphorylation of S129, T146, T149, S159, S163, and S180 in H1.1, T180 in H1.2, and T155 in H1.3 were identified exclusively in ES cells. The H1.0 and H1.2 variants in ES cells were characterized by an enhanced acetylation and overall reduced expression levels. Most of the acetylation sites of the H1.0 and H1.2 variants from ES cells were located within their C-terminal tails known to be involved in the stabilization of the condensed chromatin. These data may be used for further studies aimed at analyzing the functional role played by the revealed histone H1 PTMs in the self-renewal and differentiation of pluripotent stem cells.

Линкерный гистон H1 - один из основных ядерных белков, принимающих участие в структурно регуляторной организации хроматина. Ряд данных указывает на то, что посттрансляционные модификации H1 способны модулировать активность хроматина. С помощью масс-спектрометрии высокого разрешения (MALDI-FT-ICR-MS) мы обнаружили существенные различия в природе и положениях посттрансляционных модификаций в некоторых вариантах гистона H1 (H1.3-H1.5) из эмбриональных стволовых клеток и дифференцированных клеток - иммортализованных фибробластов линии NIH/3T3 и эмбриональных фибробластов (МЭФ). Так, метилирование K75 в вариантах H1.2-1.4, метилирование K108, K148, K151, K152 K154, K155, K160, K161, K179 и K185 в Н1.1, а также K168 в H1.2, фосфорилирование S129, T146, T149, S159, S163 и S180 в H1.1, T180 в H1.2 и T155 в H1.3 идентифицированы исключительно в эмбриональных стволовых клетках. Большинство сайтов ацетилирования вариантов H1.0 и H1.2 в эмбриональных стволовых клетках расположены в C-концевых доменах, известных своим участием в стабилизации конденсированного хроматина. Полученные данные могут послужить основой для дальнейших исследований, направленных на анализ функциональной значимости посттрансляционной модификации гистона H1 для процессов самообновления и дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток.

mouse embryonic stem cellslinker histone H1post-translational modifications2-D electrophoresisMALDI mass spectrometryдвумерный электрофорезлинкерный гистон Н1масс-спектрометрияпосттрансляционные модификацииэмбриональные стволовые клетки мышиThese studies were supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant No. 18-04-01199). MALDI-mass spectrometry analysis of H1 proteins was carried out using the scientific equipment of the Center of Shared Usage (“The analytical center of nano- and biotechnologies of SPbSPU”) with financial support from the Ministry of Education and Science of the Russian Federation.Исследования поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 18-04-01199). MALDI-масс-спектрометрический анализ белков H1 проводили с использованием научного оборудования ЦКП«Аналитический центр нано- и биотехнологий СПбГПУ» на базе ФГАОУ ВО «СПбПУ» при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.[1] White A.E., Hieb A.R., Luger K. // Sci. Rep. 2016, V.6, №19122, P.1-14[2] Ausió J. // Bioessays. 2015, V.37, P.46-51[3] Crane-Robinson C. // Biochim Biophys Acta. 2016, V.1859, №3, P.431-435[4] Song F., Chen P., Sun D., Wang M., Dong L., Liang D., Xu R.M., Zhu P., Li G. // Science. 2014, V.344, №6182, P.376-380[5] Zhou B.R., Jiang J., Feng H., Ghirlando R., Xiao T.S., Bai Y. // Mol Cell. 2015, V.59, №4, P.628-638[6] Chikhirzhina E., Starkova T., Polyanichko A. The Role of Linker Histones in Chromatin Structural Organization. 1. H1 Family Histones. // Biophysics. 2018, V.53, №6, P.858-865[7] Starkova T.Y., Polyanichko A.M., Artamonova T.O., Khodorkovskii M.A., Kostyleva E.I., Chikhirzhina E.V., Tomilin A.N. // Physical Biology. 2017, V.14, P.016005[8] Kowalski A., Pałyga J. // Gel Electrophoresis - Principles and Basics. 2012, V.8, P.117-136[9] Parseghian M.H., Newcomb R.L., Hamkalo B.A. // J Cell Biochem. 2001, V.83, P.643-659[10] Happel N., Doenecke D. // Gene. 2009, V.431, P.1-12[11] Izzo A., Kamieniarz K., Schneider R. // Biol Chem. 2008, V.389, P.333-343[12] Fyodorov D.V., Zhou B.R., Skoultchi A.I., Bai Y. // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2018, V.19, P.192-206[13] Millán-Arino L., Izquierdo-Bouldstridge A., Jordan A. // Biochim Biophys Acta. 2016, V.1859, P.510-519[14] Khochbin S. // Gene. 2001, V.271, P.1-12[15] Talasz H., Sapojnikova N., Helliger W., Lindner H., Puschendorf B. // J Biol Chem. 1998, V.273, P.32236-32243[16] Ponte I., Vidal-Taboada J.M., Suau P. // Mol. Biol. Evol. 1998, V.15, P.702-708[17] Th’ng J.P., Sung R., Ye M. // J Biol Chem. 2005, V.280, P.27809-17814[18] Serrano L., Vazquez B.N., Tischfield J. // Experimental Biology and Medicine. 2013, V.238, P.259-270[19] Meshorer E., Yellajoshula D., George E., Scambler P.J., Brown D.T., Misteli T. // Developmental Cell. 2006, V.10, №1, P.105-116[20] Terme J.M., Sesé B., Millán-Ariño L., Mayor R., Izpisúa Belmonte J.C., Barrero M.J., Jordan A. // J Biol Chem. 2011, V.286, P.35347-35357[21] Liskovykh M., Chuykin I., Ranjan A., Safina D., Popova E., Tolkunova E., Mosienko V., Minina J., Zhdanova N., Mullins J. // PLoS ONE. 2011, V.11, e27345[22] Liskovykh M., Ponomartsev S., Popova E., Bader M., Kouprina N., Larionov V., Alenina N., Tomilin A. // Cell Cycle. 2015, V.4, №8, P.1268-1273[23] Goldknopf I.L., Busch H. // Physiol Chem Phys. 1975, V.7, P.23-30[24] Maresca T.J., Heald R. // Cell Cycle. 2006, V.5, P.589-591[25] https://drive.google.com/open?id=15hmp5ku-JHzy3PXW8vAtHk13jYt97Fty[26] Fan Y., Nikitina T., Zhao J., Fleury T.J., Bhattacharyya R., Bouhassira E.E., Stein A., Woodcock C.L., Skoultchi A.I. // Cell. 2005, V.123, №7, P.1199-1212[27] Kamieniarz K., Izzo A., Dundr M., Tropberger P., Ozretic L., Kirfel J., Scheer E., Tropel P., Wisniewski J.R., Tora L., et. all. // Genes Dev. 2012, V.26, №8, P.797-802[28] Dou Y., Gorovsky M.A. // Mol Cell. 2000, V.6, P.225-231[29] Chadee D.N., Taylor W.R., Hurta R.A., Allis D., Wright J., Davie J. // J Biol Chem. 1995, V.270, P.20098-20105[30] Sarg B., Helliger W., Talasz H., Forg B., Lindner H. // J Biol Chem. 2006, V.281, P.6573-6580[31] Harshman S.W., Young N.L., Parthun M.R., Freitas M.A. // Nucl Acids Res. 2013, V.41, №21, P.9593-9609[32] Liao R., Mizzen C.A. // Biochim Biophys Acta. 2016, V.1859, P.476-485[33] Alexandrow M.G., Hamlin J.L. // JCB. 2005, V.168, P.875-886[34] Strunnikov A.V., Hogan E., Koshland D. // Genes Dev. 1995, V.9, P.587-599[35] Daujat S., Zeissler U., Waldmann T., Happel N., Schneider R. // J Biol Chem. 2005, V.280, P.38090-38095[36] Lachner M., Jenuwein T. // Curr Opin Cell Biol. 2002, V.14, P.286-298[37] Li Y., Danzer J.R., Alvarez P., Belmont A.S., Wallrath L.L. // Development. 2003, V.130, P.1817-1824[38] Ayyanathan K., Lechner M.S., Bell P., Maul G.G., Schultz D.C., Yamada Y., Tanaka K., Torigoe K., Rauscher F.J. III. // Genes Dev. 2003, V.17, №15, P.1855-1869[39] Rossetto D., Avvakumov N., Cote J. // Epigenetics. 2012, V.10, P.1098-1108[40] Cheung P., Tanner K.G., Cheung W.L., Sassone-Corsi P., Denu J.M., Allis C.D. // Mol Cell. 2000, V.5, №6, P.905-915[41] Chadee D.N., Hendzel M.J., Tylipski C.P., Allis C.D., Bazett-Jones D.P., Wright J.A., Davie J.R. // J Biol Chem. 1999, V.274, P.24914-24920[42] Christophorou M.A., Castelo-Branco G., Halley-Stott R.P., Oliveira C.S., Loos R., Radzisheuskaya A., Mowen K.A., Bertone P., Silva J.C., Zernicka-Goetz M. // Nature 2014, V.507, №7490, P.104-108[43] Wisniewski J.R., Zougman A., Krüger S., Mann M. // Mol Cell Proteomics. 2007, V.6, №1, P.72-87[44] Shi Y., Lan F., Matson C., Mulligan P., Whetstine J.R., Cole P.A., Casero R.A., Shi Y. // Cell. 2004, V.119, P.941-953[45] Kim G., Weiss S.J., Levine R.L. // Biochim Biophys Acta. 2014, V.1840, P.901-905[46] Valley C.C., Cembran A., Perlmutter J.D., Lewis A.K., Labello N.P., Gao J., Sachs J.N. // J Biol Chem. 2012, V.287, №42, P.34979-34991[47] Chao C.C., Ma Y.S., Stadtman E.R. // Proc Natl Acad Sci USA. 1997, V.94, P.2969-2974[48] Lu X., Hansen J.C. // J Biol Chem. 2004, V.279, P.8701-8707[49] Roque A., Ponte I., Suau P. // Chromosoma. 2016, V.1859, P.510-519[50] Murphy K.J., Cutter A.R., Fang H. // NAR. 2017, V.45, P.9917-9930[51] Stros M. // Biochim Biophys Acta. 2010, V.799, P.101-113