個人匯總組蛋白甲基化在真核基因中的調(diào)控作用

1、組蛋白甲基化在真核基因中的調(diào)控作用1 組蛋白修飾的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)在真核生物中，核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，是由 DNA 和組蛋白共同構(gòu)成。組蛋白分 子分為H1、H2A、H2B、H3和H4等5種。核心組蛋白足由 H2A、H2B、H3、H4各2個分子形成 的八聚體，與其上纏繞的 146 bp DNA 雙螺旋分子構(gòu)成了核小體的核心顆粒，核小體的核心顆粒 之間再由約60個堿基對DNA和組蛋白H1連接起來形成串珠樣結(jié)構(gòu)。組蛋白富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸，可以與帶有負電荷的 DNA 分子緊密結(jié)合。每個核 心組蛋白由一個球形結(jié)構(gòu)域和暴露在核小體表面的 N端尾區(qū)組成，其N端氨基末端會發(fā)生多種共 價修飾，包括磷酸

2、化、乙?；?、甲基化、泛素化、糖基化、碳基化等。2 組蛋白修飾、組蛋白密碼與表觀遺傳學(xué)組蛋白翻譯后修飾包括乙?；c去乙酰化、磷酸化與去磷酸化、甲基化與去甲基化、泛素 化與去泛素化等。這些修飾可能通過兩種機制影響染色體的結(jié)構(gòu)與功能：改變組蛋白的電荷， 因此改變了組蛋白與 DNA結(jié)合的特性；產(chǎn)生蛋白識別模塊的結(jié)合表面，因此能募集專一蛋白復(fù) 合物到它們的表面起作用。單一組蛋白的修飾往往不能獨立地發(fā)揮作用，一個或多個組蛋白尾部的不同共價修飾依次 發(fā)揮作用或組合在一起，形成一個修飾的級聯(lián)，它們通過協(xié)同或拮抗來共同發(fā)揮作用。這些多 樣性的修飾以及它們時間和空間上的組合與生物學(xué)功能的關(guān)系可作為一種重要的表觀標(biāo)

3、志或語 言，也被稱為 組蛋白密碼(histone code)，在不同環(huán)境中可以被一系列特定的蛋白質(zhì)或者蛋白 質(zhì)復(fù)合物所識別，從而將這種密碼翻譯成一種特定的染色質(zhì)狀態(tài)以實現(xiàn)對特定基因的調(diào)節(jié)。組蛋白修飾與DNA甲基化、染色體重塑和非編碼 RNA調(diào)控等，在基因的DNA序列不發(fā)生改變 時，使基因的表達發(fā)生改變，并且這種改變還能通過有絲分裂和減數(shù)分裂進行遺傳，這種遺傳 方式是遺傳學(xué)的一個分支，被稱為表觀遺傳學(xué)”。組蛋白密碼擴展了 DNA序列自身包含的遺傳信息，構(gòu)成了重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志。ARTKQTARKSTGGKAPRKQLATKAARKSAPATGGVKKPHRYRPG.-ARTKQTARKSTGG

4、KAPRKQLASKAARKSAPSTGGYKKPHRYKPG.H44914 IS 232736SGRGKGGKGLLKGGAKRHRKVLRDNIQGIT.SGRGKGGKGLLKGGAKRHRKILRDNIQGIL .158121620Fi. J Moditkalion ot liistonvs H3 and H4f61圖l組蛋白H3和H4的修飾恂組蛋白H3和H4N瑞的氨茶酸序列在不同生物種屬的一些共價修 飾 陽中H3和H4分別楚扎動物和釀酒酵母的組蛋色修飾-:甲慕化；抄：乙酰化；():磷酸化，圖1顯示的是組蛋白H3和H4的N端尾部氨基酸排列順序、常見的修飾位點及這些位點相 應(yīng)的修飾方式、

5、修飾間相互影響。從圖1可見，組蛋白H3K9既可被乙?；挚杀患谆?，說明兩者間存在競爭性修飾，究 竟采取何種修飾視具體情況而異。Litt等研究表明，H3K9的乙?；图谆g存在負相關(guān)，而H3K4乙酰化與甲基化間存在正相關(guān)，由此很容易看出H3K9和H3K4的甲基化存在拮抗作用。由此可見，組蛋白修飾以及組蛋白修飾間的調(diào)節(jié)將是非常復(fù)雜的，有待進一步探索。3組蛋白甲基化和去甲基化3.1組蛋白甲基化和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶組蛋白甲基化是表觀遺傳修飾方式中的一種，參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控， 通常發(fā)生在H3和H4組蛋白N端精氨酸或者賴氨酸殘基上的甲基化，由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(histone methyltransfera

6、ses, HMT) 催化，該酶分為組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶 (HKMT) 、組蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶 (HRMT)2 個家族。HKMT例如果蠅Su(var)39、Ashl，裂殖酵母Clr4、SET9,釀酒酵母ySETI、set2,粗糙鏈 胞霉菌 Dim5，哺乳動物 Suv39H1、Suv39H2、G9a、G9a相關(guān)蛋白(GLP)、SETBl/ESET、M1。丨。、 SET7/Set9、NSDl、EZH2等。其甲基化位點多位于 H3N端尾區(qū)賴氨酸殘基上， 其中H3K4、H3K36 的甲基化可以激活基因轉(zhuǎn)錄，而 H3K9、H3K27、H3K79、H3K20的甲基化則抑制基因轉(zhuǎn)錄。促進基因表達，或是抑制

7、基因表達，除取決于甲基化的位點外，還與甲基化的程度相關(guān)， 即某一特定殘基可以結(jié)合不同數(shù)目的甲基，賴氨酸殘基的單、雙、三甲基化(metl、 met2、 met3)似乎是基因表達調(diào)控較為穩(wěn)定的標(biāo)記。HRMT如PRMT5、PRMTl、CARMl，其甲基化位點多位于H3 N端尾區(qū)精氨酸殘基上，能夠單、雙甲基化。一般來說，精氨酸甲基化與基因激活相關(guān)， 組蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶作為協(xié)同刺激因子被募集到目標(biāo)基因的啟動子區(qū)促進基因表達，若精 氨酸的甲基化丟失則與基因沉默相關(guān)。3.2 組蛋白去甲基化及組蛋白去甲基化酶多年以來組蛋白甲基化作用被認為是不可逆的，然而有研究顯示有一種酶即Jumonjidomaincon

8、taining(JmjC) 組蛋白去甲基化酶可以催化組蛋白中賴氨酸和精氨酸單、雙甲基化的去 甲基化，而三甲基化似乎不能被去甲基化。組蛋白去甲基化酶的發(fā)現(xiàn)使組蛋白甲基化過程更具動態(tài)性，也大大豐富了組蛋白修飾的復(fù) 雜性。該類酶主要包括肽基精氨酸脫亞胺酶 4(PAD4) 和賴氨酸特異性去甲基化酶 I(LSDl) 等。 PAD4是一種可以將甲基化的精氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣习彼嵬瑫r釋放甲胺的蛋白，使蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶失去作用位點而達到抑制甲基化反應(yīng)的目的，多作用于H3、H4的多個精氨酸位點，但只對單甲基化有效，對雙甲基化無效。 LSDl 是一種黃素腺嘌呤二核苷酸 (FAD) 依賴的單胺氧化酶， 通過氨基氧化作

9、用生成甲醛和去甲基化賴氨酸殘基達到去除甲基的目的。該酶可以使得賴氨酸 單、雙甲基化去甲基，特別作用于H3K4位點，使轉(zhuǎn)錄受到抑制。也有報告雄激素受體的作用下， LSDl可作用于H3K9位點，從而激活轉(zhuǎn)錄。對于三甲基化似乎無法去甲基化，因此目前暫時認為三甲基化可能是真正永久不可逆的。3.3 SET 結(jié)構(gòu)域多數(shù)蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶都包含有 SET結(jié)構(gòu)域，含有SET結(jié)構(gòu)域的蛋白主要功能是調(diào)節(jié)基因活 性，但具體機制還不甚明確。一些植物中含有SET結(jié)構(gòu)域蛋白的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)這些蛋白控制著組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶類的活性，提示 SET結(jié)構(gòu)域可能是甲基轉(zhuǎn)移酶類的重要組成部分。眾所周知， 核小體組蛋白在異染色體基因沉默中發(fā)揮

10、關(guān)鍵作用，已有研究表明很多含有 SET結(jié)構(gòu)域的蛋白，如人Suv39H1和裂殖酵母Clr4，都具有組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性， 并在組蛋白甲基化導(dǎo)致基因沉默 擔(dān)當(dāng)重要角色。4 組蛋白甲基化對基因表達的調(diào)控作用組蛋白甲基化的功能主要體現(xiàn)在異染色質(zhì)形成、基因印記、X染色體失活和轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面。目前發(fā)現(xiàn) 24個組蛋白甲基化位點， 其中 17個位于賴氨酸，其他 7個位于精氨酸。賴氨酸可以是單 甲基化、 雙甲基化和三甲基化，精氨酸也可以是單甲基化或者雙甲基化。如果把這3種甲基化狀態(tài)都考慮在內(nèi)，應(yīng)該一共有 3x1011種組蛋白甲基化組合狀態(tài)，復(fù)雜的組合為組蛋白甲基化發(fā)揮 功能調(diào)控作用提供更大的潛能。4.1 組蛋白甲

11、基化與異染色質(zhì)形成Suv39hl和suv39h2兩種基因編碼的甲基轉(zhuǎn)移酶對異染色質(zhì)的形成起重要作用，若將這兩個基因同時突變，細胞中H3K9的甲基化會減少一半， 這樣出生的小鼠有絲分裂中染色體的分離有 缺陷。在裂殖酵母中H3K9位點的甲基化可以將常染色質(zhì)和異染色質(zhì)在特定區(qū)域分開。在形成異染色質(zhì)的過程中，Su(var)39與異染色質(zhì)蛋白1(HPI)之間相互作用控制對方蛋白質(zhì)的定位。有 學(xué)者曾針對異染色質(zhì)的形成提出過一個模型：首先組蛋白脫乙酰酶使 H3中的K9、K14脫乙酰化,然后SUV39HI對H3K9進行甲基化。H3K9的甲基化再影響 DNA的甲基化，隨后甲基化的 H3K9 做為一個結(jié)合位點招募

12、 HPI蛋白的定位，最后HPI定位在間期核的異染色質(zhì)區(qū)，參與染色體高級 結(jié)構(gòu)的形成，最終形成異染色質(zhì)的多聚體。4.2 組蛋白甲基化與基因印記基因印記是指一對等位基因中，一條來自父方，一條來自母方，其中任何一方基因表達處于抑制狀態(tài)，就稱為基因印記。組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶在基因印記中發(fā)揮重要作用。缺少組蛋白甲 基轉(zhuǎn)移酶會導(dǎo)致基因印記丟失。最近，有兩項在大鼠7號染色體中的研究都發(fā)現(xiàn)， 組蛋白甲基化可能是除了 DNA甲基化以外維持基因印記的另一種重要途徑。例如，H3K9位點甲基化參與鼠類胚胎 Kcnqlotl 基因的印記。4.3組蛋白甲基化與X染色體失活雌性哺乳動物的劑量補償 是由X染色體失活和Xist非編

13、碼RNA(ncRNA)決定的。在胚胎干 細胞分化過程中， Xist表達就和H3K27me3、H4K20mel、DNA甲基化有關(guān)。胚胎組織隨機 X染 色體失活是由DNA甲基化控制的，而胚外組織對于已經(jīng)印記的 X染色體失活的維持是依賴于 Eed 的功能和Xist的表達，與DNA甲基化無關(guān)。由此可見，X染色體失活和基因組印記可能由同樣的 機制引起，這些機制中就包括組蛋白甲基化和 ncRNA。4.4 組蛋白甲基化與轉(zhuǎn)錄調(diào)控組蛋白甲基化發(fā)生在賴氨酸和精氨酸殘基上。研究發(fā)現(xiàn)組蛋白賴氨酸甲基化在染色質(zhì)形成和基因表達過程中起重要作用。最近發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄過程中，PAF轉(zhuǎn)錄延長復(fù)合體可以募集 Setl和Set2兩種組

14、蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶到達 mRNA編碼區(qū)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。在這一過程中RNA聚合酶H呈現(xiàn)末端磷酸化狀態(tài)，因此這種磷酸化的RNA聚合酶是組蛋白甲基化和基因轉(zhuǎn)錄的聯(lián)系紐帶。4.4.1 精氨酸甲基化精氨酸甲基化發(fā)生在組蛋白H3(R2、R17、R26)和H4(R3)上，可以是單甲基化或者是雙甲基化， 后者可以呈現(xiàn)對稱雙甲基化或者不對稱雙甲基化。 精氨酸甲基化對基因表達起激活作用。 組蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶作為協(xié)同激活因子被募集到目標(biāo)基因的啟動子區(qū)。這種酶屬于組蛋白 甲基轉(zhuǎn)移酶中的CARMl和PRMTI家族，這兩個家族中的酶分別對 H3和H4組蛋白起轉(zhuǎn)甲基作用。4.4.2 賴氨酸甲基化4.4.2.1 激活轉(zhuǎn)錄功能H

15、3K4和H3K36位點發(fā)生的甲基化可以激活基因的轉(zhuǎn)錄。H3K4的甲基化必須在H2B的123位賴氨酸呈現(xiàn)泛素化的狀態(tài)下，但是H3K36甲基化不受這種限制。這主要是因為H2BK123位泛素化后可以募集H3K4甲基轉(zhuǎn)移酶Setl，而SetI又可以募集PAFI延長復(fù)合體，當(dāng)RNA聚合酶H的C端 結(jié)構(gòu)域中 5位絲氨酸呈現(xiàn)磷酸化狀態(tài)時，就可以與這種延長復(fù)合體一起開啟基因轉(zhuǎn)錄。 甲基轉(zhuǎn)移酶Doti也可以被募集到該復(fù)合體中，從而開啟轉(zhuǎn)錄。研究還發(fā)現(xiàn)，Ubp8作為SAGA復(fù)合體中的一個成分，發(fā)揮去除泛素化作用，使得H3K4甲基化后出現(xiàn)去泛素化狀態(tài)， 這樣就可以募集H3K36 甲基轉(zhuǎn)移酶Set2，當(dāng)H3K36甲基

16、化與RNA聚合酶CTD區(qū)2位絲氨酸磷酸化同時發(fā)生時，就可以激 活基因轉(zhuǎn)錄。由此推測 H3K4甲基化可能是轉(zhuǎn)錄發(fā)生的早期事件。上述是在釀酒酵母中做的研究，雖然多細胞動物中也有類似關(guān)于H3K4甲基化的報道，但是這種修飾在多細胞動物中是異常復(fù)雜的，具體的功能還需要迸一步研究。另一項研究報道Setlp作為H3K4的甲基化轉(zhuǎn)移酶，可以調(diào)控酵母中許多基因的表達。lswlp是一種ATP酶，它可以識別H3K4雙甲基化和三甲基化的染色體。兩者相互聯(lián)系共同調(diào)節(jié)特定基 因的5端，使RNA聚合酶H分布正常，從而促進基因的正常轉(zhuǎn)錄。4.4.2.2 抑制轉(zhuǎn)錄功能H3K9、H3K27、H3K79、H4K20位點的甲基化發(fā)揮

17、轉(zhuǎn)錄抑制作用。H3K9甲基化介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄抑制的機制研究較清楚。Suv39是H3K9甲基轉(zhuǎn)移酶，H3K9甲基化后和募集來的HPI蛋白結(jié)合。RB蛋白募集Suv39/HPI復(fù)合體共同控制cyclinE啟動予，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)錄抑制功能。研究發(fā)現(xiàn)， 缺失RB時，H3K9是不甲基化的，而且P1和cyclinE啟動子也是不相關(guān)的。所以認為必須要有 RB蛋白才能發(fā)揮H3K9甲基化的轉(zhuǎn)錄抑制功能。值得注意的是，RB蛋白調(diào)控的賴氨酸甲基化都發(fā)生在該位點去乙酰化后，現(xiàn)在還不清楚是不是RB蛋白本身在募集去乙酰化酶和甲基轉(zhuǎn)移酶過程 中本身裁有順序性。至于HPI是如何介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制的還不清楚。一種假設(shè)認為，HPI蛋白作用于基因

18、啟動子區(qū)帶來多種酶活性，從而介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄靜默。研究發(fā)現(xiàn)，HPI可能有ATP酶和去乙酰化酶活性就是這種假設(shè)的證據(jù)。另外，HPI可以保護H3K9位的甲基化不受去甲基化酶酶攻擊，也是維持轉(zhuǎn)錄抑制的保證。KAPl和區(qū)AROS兩種蛋白質(zhì)也可能介除了 RB蛋白介導(dǎo)組蛋白甲基化的轉(zhuǎn)錄抑制作用以外,導(dǎo)目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄抑制。以上不同位置的甲基化并不是獨立存在的，乙?；图谆膊皇菦]有關(guān)系的。學(xué)者們認為，存在一種酶學(xué)復(fù)合體，它同時包括去乙酰化酶和H3K9甲基轉(zhuǎn)移酶。這種多酶體系可以保證乙酰化的激活作用和甲基化的抑制作用，這沖突的兩種修飾方式不會同時出現(xiàn)。組蛋白甲基化除了以上三種主要功能之外，還參與DNA的損傷修復(fù)過程

19、。H3K79和H4K20甲基化過程如果受阻，就會出現(xiàn) DNA損傷部位周圍P53BPI和Crb2的錯誤定位，從而影響修復(fù)過 程。表1列出了組蛋白各位點的甲基化轉(zhuǎn)移酶和去甲基化酶及其甲基化位點功能。Table 丄 Chdmcterized rtizymesfor melhylating 詞nd demethvlafing histonesAl粗畫白甲基化和去甲基化的特異性趙蠱白怕點組抵H甲基轉(zhuǎn)林址當(dāng)白去甲慕億満甲棊優(yōu)施點的功陡PAD4(Hs)H3K4ySET1(Sc-Acrivaior/cuclintnialinSET? Jkl9(Hs)-AclivatcirrMLUHs)-AelivatnrAs

20、hl(DmActive tor一Adivator-LSDl(Hs)RepressorH3R8PRXfTSPAD4RitpressorH3K9SUV39h I SUV39HL(Mm.ik)-DNA methylmioft reprefrtLeierochrornatm3UV39h2(Hs)-DNA methyLaLian/be忙陽chruniBlinClr4(Sp)-RcpresiWheterochEnalinDim5(Nc-DNA mcthylaEioDKryptoiiitcfAl I* DNA mtihyUtion-lmprinting.h-preisorEu-HMTascUHs)-Repr

21、esserESETSETDBUMniJIs)-Repressor DNA methylalionECzJ.TZHStDmHs)-RepresiorAihltDtn)ACtmtflrH3R17CARMKMin.Hs)LSDJ(Hii)Aciiv&iorActivatorH3R2 方CARMKMm一*H3K27E(z)LZli2 (Dm,Rcpnrjwor-X-chromosomc jnactiwaiionli日 croehrtiinaiinSci2(Sc-AUivlilCirNSDI(Mm)-113 K79DudWTIKScIs)-RcpnjswrPNA 血呼電H4R2PRMT1-Activat

22、or-PAD4(Hk)H4K20SET9(Sp)-DNA damagePr-SET7.Sfta(IU,Dffi)ReprcswrSUV40(ffc)-HterochromatiinAsh (Dm)執(zhí)戰(zhàn)ivatcrNSDl(Mm)-H1K26人照Sc：製酒辭母；Dm：栗攏：Sp；荻？ft聲母；Nc：期糙輕咆那；AU擬南芥.4.5組蛋白甲基化與DNA甲基化Tamaru和Selker在鏈孢霉屬中的研究發(fā)現(xiàn)，H3K9甲基轉(zhuǎn)移酶dim5被抑制后，DNA的甲基化程度也下調(diào)。他們還將脈孢菌株系中H3K9用其他不能發(fā)生甲基化的氨基酸代替，發(fā)現(xiàn)H3組蛋自甲基化狀態(tài)改變后hph基因也沒有被甲基化，由此而推測組蛋白

23、甲基化可能是DNA甲基化發(fā)生的前提。還有研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化起始階段存在 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3(DNMT3)向組蛋白甲基化結(jié)合蛋白HPI募集的現(xiàn)象，這同樣提示兩種甲基化過程可能存在重疊。另外，DNA發(fā)生甲基化后會募集甲基結(jié)合蛋白，這類蛋白質(zhì)利用其MBD結(jié)構(gòu)域識別甲基化DNA，從而發(fā)揮抑制轉(zhuǎn)錄 的作用。近來研究發(fā)現(xiàn)一種 H3K9甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)中也存在 MBD結(jié)構(gòu)域。如果此酶的 MBD能與 甲基化的DNA結(jié)合，那么就可以把組蛋自甲基化和DNA甲基化聯(lián)系起來。4.6組蛋白甲基化與疾病SET結(jié)構(gòu)域存在于許多與腫瘤發(fā)生相關(guān)的人類基因之中。過去10年的研究發(fā)現(xiàn)，具有此結(jié)構(gòu)域的基因多數(shù)都發(fā)揮腫瘤抑制的功能。

24、最近發(fā)現(xiàn)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶也具有SET結(jié)構(gòu)域，那么很自然地推測組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶是否也具有腫瘤抑制的功能？RIZI(PRDM2)具有H3K9位甲基轉(zhuǎn)移酶活性。研究發(fā)現(xiàn)，在某些腫瘤中，例如：乳腺癌、肝癌、結(jié)腸癌、神經(jīng)母細胞瘤、脊髓瘤、肺癌和骨腫瘤中，該基因發(fā)生突變而失去活性，而其失活又引起G2-M期的細胞周期延長，調(diào)亡抑制，因此推測 H3K9位組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶可能具有腫 瘤抑制功能，它的功能缺失可能參與癌癥的發(fā)生過程。Suv39l/2剔除的鼠基因不穩(wěn)定，染色體錯誤分離，替致B細胞淋巴瘤。人的Suv39hI/2與視網(wǎng)膜膠質(zhì)瘤蛋白(Rb)共同調(diào)節(jié)周期蛋白E(cycline E)的基因表達，Suv39h1

25、/2的功能下調(diào)可能導(dǎo)致增殖失控而發(fā)生癌變，如非何杰金氏淋巴瘤。另 外，H4R3位的甲基化影響白血病細胞的分化。MLLI甲基轉(zhuǎn)移酶突變與多種類型白血病有關(guān)。結(jié)直腸癌和肝癌細胞中 SMYD3甲基轉(zhuǎn)移酶過表達，前列腺癌、淋巴瘤和乳腺癌中EZH2甲基轉(zhuǎn)移酶高表達，這說明組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶異常可能參與實體腫瘤發(fā)生。最近，美國一項臨床研究 發(fā)現(xiàn)，組蛋白甲基化在前列腺癌患者標(biāo)本中比例很高，估計其他腫瘤中也可能有相似發(fā)現(xiàn)。另 外，還有報道缺乏甲基的飲食會導(dǎo)致組蛋白甲基化程度低，這類人群發(fā)生腫瘤的比例較正常人 群高。這也提示組蛋白甲基化可能與腫瘤發(fā)生有關(guān)。5 組蛋白甲基化及其他化學(xué)修飾的共同調(diào)控作用組蛋白的不同化

26、學(xué)修飾之間相互作用，不僅表現(xiàn)為同種組蛋白不同殘基的一種修飾能加速 或抑制另一修飾的發(fā)生，并且在影響其他組蛋白殘基的同時，也受到另外組蛋白殘基修飾的調(diào) 節(jié)。另一方面，組蛋白上相同氨基酸殘基不同修飾之間也會發(fā)生協(xié)同或者拮抗。同一組蛋白的 不同修飾類型之間發(fā)生相互影響稱順式作用，不同組蛋白的修飾之間發(fā)生的相互影響稱反式作 用。不同組蛋白或不同殘基修飾之間的調(diào)節(jié)如圖 4 所示，組蛋白 H3S10 的磷酸化促進 H3K9 與H3K14的乙酰化，抑制H3K9的甲基化。H3K14的乙?；cH3K4的甲基化均可進一步抑制 H3K9的甲基化，從而導(dǎo)致基因呈活化狀態(tài)。同時，H3K4的甲基化還可促進 H3K9的乙酰

27、化。相反，H3K9的甲基化抑制了 H3S10的磷酸化，并且抑制 H3K9、H3K14的乙?；瑥亩鴮?dǎo)致基 因沉默。H3MlARTKQTARKSTGGKAPRKQLATKAARKSAPATGGVKKPHRYRPG.ARTKQTARKSIGGKAFRKQLASKAARKSAPSIGGVKKFHRYKPG- * .491418232736H3S10磷靈化H3K14乙僦化H3K9甲基化*X*H3K9乙酰化H3K4甲毘化1Fiy 41 he regulation het ween soiih- liistonc 113 aminoacid residues+ modification圖4組蛋白M3部分氨

28、基酸殘基修飾之間的調(diào)節(jié):甲星化；：乙fft化；：磷較化；：促遞*:抑制.5.1乙?；c甲基化組蛋白去乙?；甘?H3K9、H3K14去乙酰化，然后SUV39 HI對H3K9進行甲基化，進而形 成異染色質(zhì)。Aoyama等報道，在用組蛋白去乙?；敢种苿㎝S-275處理120 h后，組蛋白H3K9從雙甲基化轉(zhuǎn)變成乙?；Ｇ拔奶岬?，一些研究者推測，可能存在一種酶學(xué)復(fù)合體，它 同時包括去乙酰化酶和 H3K9甲基轉(zhuǎn)移酶。這種多酶體系可以保證乙酰化的激活作用和甲基化 的抑制作用，使這兩種相互沖突的修飾方式不會同時出現(xiàn)。2001年Bannister等發(fā)現(xiàn)，H3K9的甲基化是HP1特異的結(jié)合位點， 并指出，H

29、3K9既可以 發(fā)生甲基化，也可發(fā)生乙?；?。該位點的競爭性修飾可能提供一個常染色質(zhì)與異染色質(zhì)之間的分子開關(guān)”，相關(guān)聯(lián)的各種酶及其活性受其控制，進而精密地調(diào)控相對應(yīng)的復(fù)雜的生物學(xué)過程。2002年Daujat等用雌激素誘導(dǎo)PS2基因時觀察到CBP和CARM1之間的協(xié)同作用機制。CBP首先乙酰化K18(接著是K23)，導(dǎo)致CARM1募集到組蛋白H3尾肽，它刺激H3R17的甲基化， 這個過程與轉(zhuǎn)錄活性相關(guān)聯(lián)，因而在體內(nèi)組蛋白賴氨酸乙?；途彼峒谆g存在著相互 作用。2003年Ng等的研究顯示，H3K79的甲基化對H4的去乙?；浅Ｖ匾⑶?H4K16的 乙?；瘜3K79的甲基化也非常重要，進而

30、相互拮抗。而2007年Vermeulen等的研究表明，H3K9和H3K14的乙酰化能增強基本轉(zhuǎn)錄因子TFIID與H3K4三甲基化的結(jié)合。其原因可能是這兩種蛋白質(zhì)修飾都與 Sir蛋白質(zhì)相締合，而互相競爭。5.2泛素化與甲基化Sun等的研究表明，在酵母中泛素結(jié)合酶 Rad6(Ubc2)通過對組蛋白H2BK123泛素化這一單 向調(diào)控途徑來介導(dǎo) H3K4甲基化，但是組蛋白H2BK123的泛素化并不需要H3K4的甲基化。Set1介導(dǎo)的H3K4甲基化需要Rad6催化H2B的123位賴氨酸的泛素化。然而， Set1基因的剔除 并不會影響H2B K123泛素化，這提示二者之間存在一個調(diào)控途徑：H2B的泛素化在H3K4甲基化的上游。Ng等報道H2B K123和H3K79在核小體內(nèi)的空間位置非?？拷琀2B K123的泛素化對H3K79的甲基化十分重要，在人類和酵母中，H2B泛素化能分別增強 H3K79的二甲基化和三甲基化。McGinty等