組蛋白修飾及其功能(乙酰化,甲基化,磷酸化等)-于凱.ppt

組蛋白修飾及其功能 組蛋白翻譯完成后 其氨基尾巴會發(fā)生多種共價(jià)修飾 如乙?；?甲基化 磷酸化 泛素化和ADP核糖基化等 這些修飾都是可逆性修飾 這些修飾共同構(gòu)成了 組蛋白密碼 表觀遺傳學(xué) epigentics 是研究不改變DNA序列而由于其外部修飾引起的基因開放與否的學(xué)科 涉及的主要機(jī)制有DNA甲基化 組蛋白修飾 基因印記 RNA干擾等 其中研究得最多是DNA甲基化和組蛋白乙?；?組蛋白甲基化 這些修飾與活化或失活染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)形成相關(guān) 染色質(zhì)是由許多核小體組成的 大部分真核生物中有5種富含堿性氨基酸的組蛋白 即H1 H2A H2B H3和H4 H2A H2B H3和H4各2個(gè)分子構(gòu)成的8聚體是核小體的核心部分 H1的作用是與線形DNA結(jié)合以幫助后者形成高級結(jié)構(gòu) 1 組蛋白乙?；?核心組蛋白乙酰化反應(yīng)多發(fā)生在核心組蛋白N端堿性氨基酸集中區(qū)的特定Lys殘基 組蛋白乙?；山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶 histoneacetyltransferase HAT 和組蛋白去乙?；?histonedeacetylase HDAC 協(xié)調(diào)進(jìn)行 HAT通過將乙酰輔酶A的乙?；D(zhuǎn)移到Lys的NH 中和掉一個(gè)正電荷 HDAC使組蛋白去乙?；?與帶負(fù)電荷的DNA緊密結(jié)合 染色質(zhì)致密卷曲 基因的轉(zhuǎn)錄受到抑制 分子效應(yīng) 乙酰化可能通過對組蛋白電荷以及相互作用蛋白的影響 增加組蛋白與DNA的排斥力 來調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄 組蛋白的乙?；欣贒NA與組蛋白八聚體的解離 核小體結(jié)構(gòu)松弛 從而使各種轉(zhuǎn)錄因子和協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子能與DNA結(jié)合位點(diǎn)特異性結(jié)合 激活基因的轉(zhuǎn)錄 同時(shí)影響泛素與組蛋白的H2A的結(jié)合 導(dǎo)致蛋白質(zhì)的選擇性降解 通常 異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域組蛋白呈低乙?；?常染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域組蛋白呈高乙酰化 酵母組蛋白乙?；c去乙?；恼{(diào)節(jié) 組蛋白乙?；{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的機(jī)制 組蛋白乙酰化引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變及基因轉(zhuǎn)錄活性變化的至少包括以下幾個(gè)方面 組蛋白尾部賴氨酸殘基的乙?；軌蚴菇M蛋白攜帶正電荷量減少 降低其與帶負(fù)電荷的DNA鏈的親和性 導(dǎo)致局部DNA與組蛋白八聚體解開纏繞 從而促使參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的各種蛋白因子與DNA特異序列結(jié)合 進(jìn)而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用 組蛋白的N末端尾巴可與參與維持染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的多種蛋白質(zhì)相互作用 更加穩(wěn)定了核小體的結(jié)構(gòu) 而組蛋白乙?；瘏s減弱了上述作用 阻礙了核小體裝配成規(guī)則的高級結(jié)構(gòu) 如螺線管 組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶 HAT 對相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子或活化因子進(jìn)行乙?；揎椧哉{(diào)節(jié)基因的表達(dá) 如CBP P300對P53的乙?；稍鰪?qiáng)其特異性DNA結(jié)合能力 轉(zhuǎn)錄激活能力 并延長其半衰期 局部乙酰化舉例 當(dāng)DNA與核小體尚未解開纏繞時(shí) 轉(zhuǎn)錄激活因子如糖皮質(zhì)激素受體可以和DNA上相應(yīng)的反應(yīng)元件 GRE 結(jié)合 當(dāng)結(jié)合至GRE之后 糖皮質(zhì)激素募集共激活因子如CBP到染色體上的靶轉(zhuǎn)錄基因區(qū) 此時(shí) 共激活因子利用HAT活性使得結(jié)合在DNA啟動子區(qū)域的核心組蛋白乙?；?進(jìn)而使DNA與組蛋白結(jié)合減弱 核小體釋放 轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶可以與DNA上特異的啟動子結(jié)合 啟動靶基因的轉(zhuǎn)錄 2 組蛋白的甲基化 組蛋白甲基化是由組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶 histonemethyltransferase HMT 完成的 甲基化可發(fā)生在組蛋白的賴氨酸和精氨酸殘基上 而且賴氨酸殘基能夠發(fā)生單 雙 三甲基化 而精氨酸殘基能夠單 雙甲基化 這些不同程度的甲基化極大地增加了組蛋白修飾和調(diào)節(jié)基因表達(dá)的復(fù)雜性 研究表明 組蛋白精氨酸甲基化是一種相對動態(tài)的標(biāo)記 精氨酸甲基化與基因激活相關(guān) 而H3和H4精氨酸的甲基化丟失與基因沉默相關(guān) 相反 賴氨酸甲基化似乎是基因表達(dá)調(diào)控中一種較為穩(wěn)定的標(biāo)記 組蛋白甲基化的調(diào)節(jié)機(jī)制 1 H3 K9甲基化與異染色質(zhì)的形成 人們曾針對異染色質(zhì)的形成提出過一個(gè)模型 首先組蛋白脫乙酰酶使H3中的K9 K14脫乙?；?然后Suv39h1或Clr4對H32K9進(jìn)行甲基化 H32K9的甲基化再影響DNA的甲基化 隨后甲基化的H32K9做為一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)招募HP1或Swi6蛋白的定位 最后HP1 Swi6通過它們的shadow染色質(zhì)結(jié)合區(qū)域定位在C末端 進(jìn)而形成異染色質(zhì)的多聚體 2 H32K9甲基化對常染色體中基因表達(dá)調(diào)控的影響 3 組蛋白其他位點(diǎn)上發(fā)生甲基化與基因表達(dá)的關(guān)系 大量實(shí)驗(yàn)表明H32K9甲基化的功能與基因沉默有關(guān) 但其它位點(diǎn)甲基化可能存在激活轉(zhuǎn)錄作用 4 組蛋白甲基化與DNA甲基化 H32K9的甲基化可以直接或間接影響DNA的甲基化 DNA甲基化可能是組蛋白甲基化的間接結(jié)果 3 組蛋白的磷酸化 組蛋白共價(jià)修飾間的關(guān)系 組蛋白不同修飾之間的關(guān)系乙酰化一般是活性染色質(zhì)的標(biāo)志 而甲基化和磷酸化則在活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)中都存在 組蛋白H3K9的甲基化在調(diào)節(jié)基因表達(dá) 染色質(zhì)組裝和異染色質(zhì)形成過程發(fā)揮重要作用 H3S10的短暫磷酸化足以使H3K9甲基化引起的染色質(zhì)濃縮變得疏松 這是一個(gè)兩種組蛋白同時(shí)調(diào)節(jié)染色質(zhì)組裝狀態(tài)的例子 穩(wěn)定的甲基化和動態(tài)的磷酸化標(biāo)記 組蛋白的其他修飾方式相對而言 組蛋白的甲基化修飾方式是最穩(wěn)定的 所以最適合作為穩(wěn)定的表觀遺傳信息 而乙?；揎椌哂休^高的動態(tài) 另外還有其他不穩(wěn)定的修飾方式 如磷酸化 腺苷酸化 泛素化 ADP核糖基化等等 這些修飾更為靈活的影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 通過多種修飾方式的組合發(fā)揮其調(diào)控功能 組蛋白修飾的生物學(xué)意義 尤其是組蛋白乙?；?甲基化修飾能為相關(guān)調(diào)控蛋白提供其在組蛋白上的附著位點(diǎn) 改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)和活性 一般來說 組蛋白乙?；苓x擇性的使某些染色質(zhì)區(qū)域的結(jié)構(gòu)從緊密變得松散 開放某些基因的轉(zhuǎn)錄 增強(qiáng)其表達(dá)水平 而組蛋白甲基化既可抑制也可增強(qiáng)基因表達(dá) 乙酰化修飾和甲基化修飾往往是相互排斥的 在細(xì)胞有絲分裂和凋亡過程中 磷酸化修飾能調(diào)控蛋白質(zhì)復(fù)合體向染色質(zhì)集結(jié) 有絲分裂過程也與特異性組蛋白修飾有顯著的相關(guān)性 在有絲分裂過程中 有數(shù)個(gè)組蛋白磷酸化反應(yīng) 其中大多數(shù)由AuroraB激酶催化 特異性組蛋白修飾可在有絲分裂的不同階段檢測到 在細(xì)胞核分裂中發(fā)揮多種功能 組蛋白修飾還參與DNA損傷和凋亡 在凋亡的級聯(lián)反應(yīng)中 激酶 包括CHK1和CHK2 的主要底物之一是組蛋白衍生物H2A X H2A X的磷酸化是凋亡早期最早標(biāo)志之一 在凋亡后期 Caspase激活蛋白激酶Mst1 Mst1使組蛋白H2B的14位絲氨酸磷酸化 這一修飾在染色質(zhì)濃縮步驟中可檢測到 是凋亡途徑良好的標(biāo)記物 組蛋白密碼學(xué)說的完善 更好地開發(fā)新藥 研究組蛋白密碼對藥物開發(fā)具有戰(zhàn)略意義 多種組蛋白修飾酶已成為相關(guān)疾病治療的靶目標(biāo) 比如 組蛋白去乙酰酶 HDACs 抑制劑已應(yīng)用于臨床治療多種腫瘤 2 深入探討遺傳調(diào)控和表觀遺傳調(diào)控相互作