Histone glycation during ageing : identification and functional characterization of glycation sites

Abstract

Histones are long-lived proteins that are rich in lysine (K) and arginine (R) residues. Both carry various post-translational modifications (PTMs) that play a key role in epigenetic regulation. Glycation of K and R residues tends to accumulate with age in long-lived proteins, competes with other PTMs, and causes chemical and structural changes that might interfere with epigenetic regulation. We identified 35 and 25 glycation sites in histones from cultured primary cells and human heart tissues, respectively. H2BK43CML and H3K79CEL are validated using specific antibodies. No difference in AGE level was observed between young vs. senescent cells, low vs. high glucose, and younger (<50 y. o.) vs. older (>80 y. o.) patients. CML-mimicking H2BK43Q substitution decreases the melting t˚ of the nucleosomes by ~2˚˚ C, decreasing their stability. Hence, glycation in histones might impair chromatin structure and stability, potentially affecting gene transcription.

Histone sind langlebige Proteine, die reich an Lysin (K) und Arginin (R) sind. Deren posttranslationale Modifikationen (PTMs) spielen eine Schlüsselrolle bei der epigenetischen Regulierung. Glykierung von K- und R-Aminosäuren akkumuliert sich mit zunehmendem Alter, konkurriert mit anderen PTMs und verursacht chemische und strukturelle Veränderungen, die die epigenetische Regulierung beeinträchtigen können. Wir haben 35 bzw. 25 Glykierungsstellen in Histonen aus kultivierten Zellen und menschlichem Herzgewebe identifiziert. H2BK43CML und H3K79CEL wurden mit spezifischen Antikörpern validiert. Es wurde kein Unterschied im AGE-Niveau zwischen jungen und alternden Zellen, niedrigem und hohem Glukosegehalt und Patienten <50 Jahre und >80 Jahre festgestellt. Die CML-nachahmende H2BK43Q-Substitution senkt den Schmelzpunkt der Nukleosomen um ~2˚ C, wodurch ihre Stabilität abnimmt. Daher könnte die Glykierung von Histonen die Chromatinstabilität beeinträchtigen, was sich auf die Gentranskription auswirken kann.