Methylation of arginine residues within histone H3 has been linked to active transcription. This modification appears on the estrogen-regulated pS2 promoter when the CARM1 methyltransferase is recruited during transcriptional activation. Here we describe a process, deimination, that converts histone arginine to citrulline and antagonizes arginine methylation. We show that peptidyl arginine deiminase 4 (PADI4) specifically deiminates, arginine residues R2, R8, R17, and R26 in the H3 tail. Deimination by PADI4 prevents arginine methylation by CARM1. Dimethylation of arginines prevents deimination by PADI4 although monomethylation still allows deimination to take place. In vivo targeting experiments on an endogenous promoter demonstrate that PADI4 can repress hormone receptor-mediated gene induction. Consistent with a repressive role for PADI4, this enzyme is recruited to the pS2 promoter following hormone induction when the gene is transcriptionally downregulated. The recruitment of PADI4 coincides with deimination of the histone H3 N-terminal tail. These results define deimination as a novel mechanism for antagonizing the transcriptional induction mediated by arginine methylation.

Abstract Objective Autoantibodies to citrullinated proteins (ACPAs) are specific for rheumatoid arthritis (RA) and probably are involved in its pathophysiology. Citrullyl residues, posttranslationally generated by peptidyl arginine deiminase (PAD), are indispensable components of ACPA‐targeted epitopes. The aim of this study was to identify which PAD isotypes are expressed in the synovial tissue (ST) of patients with RA and are involved in the citrullination of fibrin, the major synovial target of ACPAs. Methods Expression of all PAD isotypes, including the recently described PAD type 6 (PAD‐6), was explored by reverse transcription–polymerase chain reaction and immunoblotting, first in blood‐derived mononuclear leukocytes from healthy donors, then in ST samples from 16 patients with RA and 11 control patients (4 with other arthritides and 7 with osteoarthritis [OA]). In ST samples from patients with RA, PADs were localized by immunohistochemistry. Results In lymphocytic and monocytic cells and, similarly, in ST samples from patients with RA, the PAD‐2, PAD‐4, and PAD‐6 genes were found to be transcribed, but only PAD‐2 and PAD‐4 enzymes were detected. PAD‐2 was also expressed in ST from control patients, including those with OA, while PAD‐4 was preferentially expressed in ST from patients with other arthritides. In RA, the expression levels of PAD‐2 and PAD‐4 were correlated with the intensity of inflammation (cell infiltration, hypervascularization, and synovial lining hyperplasia), and both enzymes were demonstrable within or in the vicinity of citrullinated fibrin deposits. Conclusion PAD‐2 and PAD‐4 are the only PAD isotypes expressed in the ST of patients with RA and those with other arthritides. Inflammatory cells are a major source, but PAD‐4 also comes from hyperplastic synoviocytes. Both isotypes are probably involved in the citrullination of fibrin.