表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)家族

1、表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)家族：對藥物發(fā)現(xiàn)一個新前沿表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)家族：對藥物發(fā)現(xiàn)一個新前沿摘要：基因表達表觀遺傳學(xué)的調(diào)節(jié)是確定正常細胞表型一個動力學(xué)和可逆過程但對人類疾病有貢獻。在分子水平上，表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)涉及分層的共價修飾DNA和包裝DNA蛋白質(zhì)，例如組蛋白。在此，我們綜述關(guān)鍵通過組蛋白乙?；饔煤图谆饔玫鞍踪|(zhì)家族介導(dǎo)表觀遺傳學(xué)信號，包括組蛋白 去乙?；?，蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶，賴氨酸去甲基化酶，溴結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白和結(jié)合至甲基化組蛋白的蛋白質(zhì). 這些蛋白質(zhì)家族是出現(xiàn)如酶可成藥的類別和蛋白蛋白相互作用結(jié)構(gòu)區(qū)的可成藥類別。在本文中，我們討論了與疾病已知連接，基本分子學(xué)作用機制和蛋白質(zhì)的各個類別的藥理學(xué)調(diào)

2、節(jié)中最近進展。本文常用名詞解釋和定義：染色質(zhì)纖維其中DNA和基因被組裝在細胞的細胞核。染色質(zhì)由DNA雙螺旋包裹組蛋白蛋白質(zhì)復(fù)合物周圍組成 在一起被稱為核小體。表觀遺傳學(xué) 在基因表達或表型中可遺傳的變化，在細胞分裂，和有時世代間穩(wěn)定，但是不涉及有機體DNA序列變化。 分化 一種干細胞，或其他前體細胞，遵守安排向一種更有特異性功能，和代表退出自我更新的過程。分化受細胞信號通路控制和通過表觀遺傳學(xué)機制維持。轉(zhuǎn)錄后修飾蛋白質(zhì)的一個化學(xué)修飾作用如同一個信號至識別修飾的其他蛋白質(zhì)。在表觀遺傳學(xué)信號文中，轉(zhuǎn)錄后修飾常被稱為標(biāo)志。 表觀基因組組蛋白和DNA轉(zhuǎn)錄后修飾和相

3、關(guān)相互作用蛋白質(zhì)的組合一起包裝基因組和有助定義在給定細胞中轉(zhuǎn)錄編程。 異質(zhì)染色質(zhì)DNA伴隨轉(zhuǎn)錄沉默或壓抑基因一種緊密包裝型式。它與二-和三甲基化H3K9 (組蛋白3的Lys9)標(biāo)志高度相關(guān)。 常染色質(zhì)一種DNA伴隨轉(zhuǎn)錄活性基因的更疏松包裝型式。溴結(jié)構(gòu)區(qū) 一個進化上保守的，110 氨基酸結(jié)構(gòu)域由四個左手，反平行 螺旋組成。干細胞 一種非特定前體細胞有自我更新(不斷產(chǎn)生不變的后代)和分化至更成熟特定細胞類型能力。. 單倍劑量不足一種疾病機制其中兩個拷貝之一被突變，導(dǎo)致基因產(chǎn)物活性不充分(典型地一種蛋白)攜帶關(guān)于功能性野生型條件。 短指智力

4、低下綜合征Brachydactyly mental retardation syndrome 一種疾病存在一個范圍的特點，包括智力障礙，發(fā)育延緩，行為異常，睡眠障礙，顱面和骨骼異常，和自閉癥譜障礙。Presenilins 一個多次通過穿越膜蛋白質(zhì)相關(guān)家族功能如同-分泌酶膜內(nèi)蛋白酶復(fù)合物的一部分。它們在家族性阿爾茨海默氏病型式中對突變致早期發(fā)作型式篩選中被首次鑒定。肌萎縮性側(cè)索硬化癥 一種進行性神經(jīng)學(xué)疾病伴隨中樞和脊髓運動神經(jīng)元的退行變性。這神經(jīng)元喪失致肌肉軟弱和消瘦，導(dǎo)致麻痹。交叉形結(jié)構(gòu)區(qū) 一個保守的結(jié)構(gòu)區(qū)原先在交叉形家族的轉(zhuǎn)錄因子中被鑒定，現(xiàn)已知是組蛋

5、白去甲基化酶。交叉形C結(jié)構(gòu)區(qū)包括2-酮戊二酸-依賴賴氨酸去甲基酶的催化結(jié)構(gòu)區(qū)。高血糖記憶 一種現(xiàn)象其中在通常血糖控制恢復(fù)后有害終末器官的影響來自高血糖水平持續(xù)幾年暴露結(jié)果。惡性腦腫瘤結(jié)構(gòu)區(qū)在某些發(fā)育蛋白質(zhì)發(fā)現(xiàn)保守的序列結(jié)構(gòu)域。這些結(jié)構(gòu)區(qū)結(jié)合至含肽單-或二甲基化-賴氨酸和，當(dāng)在果蠅中缺失時，導(dǎo)致腦腫瘤。變構(gòu)刺激 一個酶或蛋白的調(diào)節(jié)通過結(jié)合一個效應(yīng)器分子除蛋白活性位點外的一個位點，因此致蛋白構(gòu)象變化。P300/CBP-關(guān)聯(lián)因子一個含一個溴結(jié)構(gòu)區(qū)和一個組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)區(qū)的轉(zhuǎn)錄共活化劑蛋白。電子相互作用 芳香環(huán)的-電子云和陽離子電荷間非共價相互作用，例如，甲基化賴氨

6、酸。雖然一個有機體中所有細胞繼承相同遺傳物質(zhì)，細胞維持獨特生理學(xué)特征和特殊組織和器官的生物學(xué)功能的能力是由于DNA和染色質(zhì)的包裝中遺傳差異。這些差別支配規(guī)定dictate不同細胞基因表達程序但不涉及在有機體的DNA序列中變化。從而，表觀遺傳學(xué)(其字面意思遺傳上面)支撐人體生理機能的根本基礎(chǔ)。重要的是，一個細胞的表觀遺傳學(xué)狀態(tài)是順從性的malleable；它涉及細胞分化和一個有機體的發(fā)育期間以有序方式，和表觀遺傳學(xué)變化負責(zé)細胞可塑性使細胞重新編程和對環(huán)境反應(yīng)。因為表觀遺傳學(xué)機制負責(zé)在細胞水平整合環(huán)境的線索，它們在疾病相關(guān)死亡，生活方式，早期生活經(jīng)驗和對毒素環(huán)境的暴露的重要作用1。從而，在多種疾病

7、例如癌癥，炎癥，代謝性疾病和神經(jīng)精神障礙，以及在再生醫(yī)學(xué)表觀遺傳學(xué)是治療性相關(guān)24。 表觀遺傳學(xué)的動力學(xué)性質(zhì)意味著通過涉及這個過程的分子因子的直接操作改變疾病-關(guān)聯(lián)的表觀遺傳學(xué)狀態(tài)的可能性。幾個互相關(guān)聯(lián)的分子機制表觀遺傳學(xué)基因調(diào)節(jié)有貢獻，包括通過ATP-依賴過程和組蛋白變異體的交換，被非編碼RNAs調(diào)節(jié)，甲基化作用染色質(zhì)重建和DNA上胞嘧啶的相關(guān)修飾，以及組蛋白5的共價修飾(圖1)。DNA甲基化作用的抑制劑和組蛋白去乙?；?HDAC)抑制劑被批準(zhǔn)在血液學(xué)惡性病臨床使用，從而 提供對表觀遺傳學(xué)治療概念證明6。在過去十年，涉及組蛋白轉(zhuǎn)錄后修飾蛋白質(zhì)的知識突飛猛進。這些蛋白質(zhì)包括幾個酶相

8、關(guān)家族和染色質(zhì)-相互作用蛋白質(zhì)，和是潛在治療靶點的豐富來源。在此，我們綜述涉及處置，去除或結(jié)合至乙酰和甲基蛋白質(zhì) 兩個最豐富的組蛋白轉(zhuǎn)錄后修飾(常被稱為組蛋白標(biāo)志)。我們重點在乙酰和甲基組蛋白標(biāo)志的介導(dǎo)物因為它們在幾種疾病中的突出作用，以及這些蛋白質(zhì)的許多被小分子抑制是易感性出現(xiàn)現(xiàn)實。定義可成藥的表觀基因組 乙酰化作用和甲基化作用網(wǎng)絡(luò)定義人類表觀基因組的一個巨大組分. 雖然幾種組蛋白轉(zhuǎn)錄后修飾 包括磷酸化和泛素化 是表觀基因組的重要組分，乙?；图谆鶚?biāo)志是最豐富的和是被最廣泛研究，并有巨大數(shù)目可成藥的蛋白質(zhì)介導(dǎo)其動力學(xué)活性。表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)的一個特點是被介導(dǎo)組蛋白標(biāo)志是協(xié)同標(biāo)志的組合影響特異性細

9、胞結(jié)局 常稱為組蛋白編碼假說710(圖1). 例如，最近跨越9個不同的細胞類型基因組的9個乙酰和甲基組蛋白標(biāo)志圖顯示標(biāo)志的組合確定15個染色質(zhì)狀態(tài)相關(guān)于周圍基因的轉(zhuǎn)錄活性11。 圖1組蛋白和DNA的共價修飾是表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)基因表達涉及關(guān)鍵機制。通過包裝在組蛋白蛋白質(zhì)周圍DNA被包裝至染色質(zhì)(每個組蛋白H2A，H2B，H3和H4兩個拷貝)形成核小體。通過附加蛋白質(zhì)因子進一步擠壓形成染色質(zhì)，擠壓程度依賴于轉(zhuǎn)錄后修飾存在于組蛋白類型，特別是在從核小體顆粒突出的末端殘基。乙酰化的組蛋白趨向較低擠壓和對RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄機制更易接近，從而使附近的基因轉(zhuǎn)錄。甲基化組蛋白可被或壓制或激活，依賴于甲

10、基化作用的位點和程度。對各組蛋白修飾的結(jié)合和/或核小體確定附近的基因的轉(zhuǎn)錄性質(zhì)相關(guān)的編碼。在插入中示范介導(dǎo)組蛋白轉(zhuǎn)錄后修飾主要蛋白質(zhì)家族。共價附著乙酰或甲基蛋白質(zhì)產(chǎn)生(或?qū)懭?該碼(這些包括組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶)和被稱為 寫入器。識別和結(jié)合至組蛋白修飾蛋白質(zhì)被稱為碼的閱讀器(這些包括溴結(jié)構(gòu)區(qū)，植物homeodomains (PHDs)和甲基-賴氨酸-結(jié)合結(jié)構(gòu)區(qū)的王室royal家族的成員)。去除組蛋白標(biāo)志的酶被稱為抹去器(這些包括組蛋白去乙?；负唾嚢彼崛ゼ谆?。 通過保守的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)的幾個類別，通常較大多蛋白復(fù)合物的上下文內(nèi)識別個體標(biāo)志和標(biāo)志的組合。從而，組蛋白標(biāo)志和多蛋白

11、復(fù)合物結(jié)合至它們對染色質(zhì)物理學(xué)結(jié)構(gòu)有貢獻和對基因組含特異性組蛋白標(biāo)志位點特異性蛋白質(zhì)的補充。例如，酶的大多數(shù)是甲基或乙酰組蛋白標(biāo)志的寫入器是巨大蛋白質(zhì)，除了它們的催化結(jié)構(gòu)區(qū)，含其他結(jié)構(gòu)區(qū)或區(qū)域閱讀組蛋白標(biāo)志和/或與DNA或其他蛋白質(zhì)相互作用。在一起，這些蛋白質(zhì)來自復(fù)合物整合上游細胞學(xué)和環(huán)境的信號建立和維持細胞的同一性和對發(fā)生貢獻和/或維持疾病狀態(tài)10。由于過去十年顯著進展，我們現(xiàn)在知道調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)閱讀，寫入和抹去主要組蛋白標(biāo)志的基本補足。這些總結(jié)在表1中，和在圖2中作為結(jié)構(gòu)性系統(tǒng)進化樹和蛋白質(zhì)進化相關(guān)家族進一步描述。 表1注釋：EGF，表皮生長因子；EP300，E1A-關(guān)聯(lián)的蛋白p30

12、0；GNAT，甘氨酸-N-乙酰轉(zhuǎn)移酶-樣蛋白1；MBT，惡性腦腫瘤結(jié)構(gòu)區(qū)；MYST，組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶MYST；PHD，植物溴結(jié)構(gòu)區(qū)；PRDM，含- PR結(jié)構(gòu)區(qū)蛋白；PRMT，蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶。*在組蛋白的特異性賴氨酸或精氨酸側(cè)鏈上形成表觀基因組貯存主要蛋白質(zhì)家族(寫入)，結(jié)合至(閱讀)或去除(抹去)甲基標(biāo)志(橙色方塊)或乙酰標(biāo)志(藍色圓圈)，入表中所總結(jié)。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶和蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶分別是負責(zé)寫入乙酰和甲基標(biāo)志的酶。組蛋白去乙?；负唾嚢彼崛ゼ谆改ㄈ?biāo)志。溴結(jié)構(gòu)區(qū)結(jié)合乙?；馁嚢彼?由米色形狀所示)，而Tudor結(jié)構(gòu)區(qū)，MBT結(jié)構(gòu)區(qū)，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)和PWWP結(jié)構(gòu)區(qū)在賴氨酸或精氨酸

13、殘基(由米色形狀所示)上結(jié)合甲基標(biāo)志，大量蛋白質(zhì)中存在PHD指fingers和閱讀賴氨酸或精氨酸測量，以及為修飾的賴氨酸上或甲基或乙酰標(biāo)志。組蛋白乙酰化作用  自從1964年首次描述組蛋白乙?；饔?文獻12)，已經(jīng)被確定這是一個高度動力學(xué)過程，被兩個酶家族調(diào)節(jié) 組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)和組蛋白去乙?；?HDAC s) 以彼此對抗方式操作。HATs用乙酰-CoA作為輔助因子和催化一個乙?；D(zhuǎn)移至在組蛋白蛋白質(zhì)上賴氨酸側(cè)鏈的 氨基。這中和賴氨酸上正電荷，因此減低從DNA核心核小體突出組蛋白尾的親和力。其結(jié)果是，染色質(zhì)采用更松弛結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄機制補充。組蛋白去乙酰化酶(HDACs)組

14、蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)起相反影響和逆轉(zhuǎn)賴氨酸殘基乙?；饔没謴?fù)其正電荷和穩(wěn)定化局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。圖2表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)家族系統(tǒng)進化樹。在它們氨基酸序列相似性的基礎(chǔ)上蛋白質(zhì)被群集在分支上。系統(tǒng)進化表示相關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上(和有時功能上)群集趨向。藥物靶向一個特異性蛋白更可能對的同一分支上其他蛋白質(zhì)將有活性。用不同顏色突出不同系統(tǒng)進化分支(在惡性腦腫瘤(MBT)家族情況中，其中只有少數(shù)MBT結(jié)構(gòu)區(qū)是真實結(jié)合甲基-賴氨酸，紅色碼表示分支其中所有已知的甲基-賴氨酸-結(jié)合結(jié)構(gòu)區(qū)被群集)。我們在人類蛋白質(zhì)參比數(shù)據(jù)庫通過尋找與寫入，閱讀和抹去乙酰和甲基標(biāo)志關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)區(qū)組裝蛋白質(zhì)家族，和用文獻數(shù)據(jù)以及來自Pfam

15、蛋白質(zhì)家族數(shù)據(jù)庫protein family database和SMART(Simple Modular Architecture Research Tool)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)補充這份清單。在樹中概述系統(tǒng)發(fā)生phylogeny是衍生自家族被命名后(對乙酰轉(zhuǎn)移酶用全長序列作為催化結(jié)構(gòu)區(qū)并不常常清楚地定義這個家族)結(jié)構(gòu)區(qū)的多序列對齊。如果一個結(jié)構(gòu)區(qū)在某個蛋白質(zhì)中存在多個時間，這個蛋白質(zhì)在相應(yīng)樹中多個時間顯示，接著在括號內(nèi)通過連續(xù)迭代結(jié)構(gòu)區(qū)：例如，L3MBTL(2)相當(dāng)于蛋白L3MBTL第二個MBT結(jié)構(gòu)區(qū)，如果多個變異體有插入或缺失被報告為一個基因，變異體數(shù)按照第二個Swiss-Prot TRIM33變異

16、體(三個一組結(jié)構(gòu)域-含蛋白33)溴結(jié)構(gòu)區(qū)。對每個樹，從可得到蛋白結(jié)構(gòu)通過在三維空間重疊對齊殘基衍生一個對齊種子。附加序列通過對齊它們至最靠近序列種子被追加填補。蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶家族的較大版本被報告包括許多假定的精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶；在此不描繪這些因作者說他們不意味著這些蛋白質(zhì)是蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶本身per se173。對進一步樹，以及對序列和結(jié)構(gòu)區(qū)邊界詳細內(nèi)容，請見補充資料S1S10(表)和補充資料S11S14(圖)。結(jié)構(gòu)區(qū)邊界或?qū)R方法的小變異可能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生中次要變化15,173。  ASH1L，ASH1 樣蛋白；ATAD2，ATPase家族AAA結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白 2；ATAT1，-微

17、管蛋白 乙?；D(zhuǎn)移酶1；BAZ2A，溴結(jié)構(gòu)區(qū)鄰近至鋅指結(jié)構(gòu)區(qū)蛋白2A；BPTF，溴結(jié)構(gòu)區(qū)PHD指轉(zhuǎn)錄因子；BRD1，溴結(jié)構(gòu)區(qū)含蛋白1；BRDT，溴結(jié)構(gòu)區(qū)睪丸-特異性蛋白；BRPF1，溴結(jié)構(gòu)區(qū)和PHD指-含蛋白1；BRWD1，溴結(jié)構(gòu)區(qū)和WD重復(fù)-含蛋白1；CECR2，貓眼綜合征染色體區(qū)備選蛋白2；CLOCK，晝夜運動輸出周期kaput蛋白；CREBBP，CREB結(jié)合蛋白；DOT1L，DOT1 樣蛋白；EHMT1，常染色質(zhì)組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶1；ELP3，延伸物復(fù)合物蛋白3；EP300，E1A結(jié)合蛋白 p300；EZH1，組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶EZH1；GTF3C4，一般轉(zhuǎn)錄因子3C多肽

18、4；HAT，組蛋白乙酰酶；HDAC，組蛋白去乙?；?；JARID2，交叉形/ARID結(jié)構(gòu)區(qū)-含 蛋白 2；JMJD1C，交叉形結(jié)構(gòu)區(qū)-含 蛋白 1C；KAT2A，賴氨酸乙?；D(zhuǎn)移酶2A；KDM，賴氨酸去甲基酶；KDM1A，賴氨酸-特異性組蛋白去甲基酶1A；L3MBTL，致死性3 MBT-樣蛋白1；MBTD1，MBT結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白1；MDS1，骨髓增生異常綜合征1；MINA，MYC-誘發(fā)細胞核抗原；MLL，混合系白血病；MYST1，組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶MYST1；NCOA1，核受體共活化劑1；NO66，核仁蛋白66；NSD1，核受體結(jié)合SET結(jié)構(gòu)區(qū) 蛋白 1；PBRM1，蛋白多溴1；PHF2，PH

19、D指蛋白2；PHIP，pleckstrin同源結(jié)構(gòu)區(qū)相互作用蛋白；PMT，蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶；PRDM1，PR結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白1；PRMT1，蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶1；SETD1A，SET結(jié)構(gòu)區(qū)含蛋白1A；SETD2，SET結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白2；SETMAR，SET結(jié)構(gòu)區(qū)和水手轉(zhuǎn)座子的融合基因mariner transposase fusion gene；SFMBT1，SCM-樣與四個MBT結(jié)構(gòu)區(qū)蛋白1；SIRT1，sirtuin 1；SMARCA2，染色質(zhì)亞家族A成員2SWI/SNF-相關(guān)基質(zhì)-關(guān)聯(lián)的肌動蛋白-依賴調(diào)節(jié)物；SMYD1，SET和MYND結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白；SP100，核抗原SP100；SP11

20、0，核抗體蛋白SP110；SP140，核體蛋白SP140；SP140L，核體蛋白SP140 樣蛋白；SUV39H1，彩斑variegation的遏制物39同源物1；SUV420H1，彩斑的遏制物420同源物1；TAF1，TBP-關(guān)聯(lián)因子1；TAF1L，TAF1 樣蛋白；UTY，無處不在轉(zhuǎn)錄Y染色體tetratricopeptide重復(fù)蛋白；WHSC1，WolfHirschhorn綜合征備選物1蛋白；WHSC1L1，WHSC1 樣蛋白；ZMYND8，鋅指MYND結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白8。 組蛋白賴氨酸乙?；饔玫母魑稽c中，組蛋白4的賴氨酸(H4K16，H為組蛋白, K為賴氨酸)在染色質(zhì)折疊的調(diào)節(jié)中和從異

21、質(zhì)染色質(zhì)轉(zhuǎn)換為常染色質(zhì)似乎至關(guān)重要13。除了組蛋白尾的乙?；饔?，組蛋白蛋白質(zhì)球狀核心內(nèi)有幾種賴氨酸底物(例如H3K56)，提示乙?；饔靡部芍苯佑绊懴嗷プ饔瞄g組蛋白和DNA14。有證據(jù)組蛋白乙?；饔?，尤其是H4K5和H4K12，在組蛋白組裝和沉積到DNA時對分子伴侶的識別很重要。  組蛋白乙?；饔眠€促進轉(zhuǎn)錄通過提供對涉及基因激活蛋白質(zhì)結(jié)合位點。特別是，含溴結(jié)構(gòu)區(qū)bromodomain-家族蛋白質(zhì)識別即，讀)組蛋白蛋白質(zhì)內(nèi)修飾的賴氨酸殘基。溴結(jié)構(gòu)區(qū)是一個常見特點在一個不同組蛋白質(zhì)通過轉(zhuǎn)錄共激活的重要性聯(lián)合，和確定和結(jié)合至組蛋白蛋白質(zhì)內(nèi)乙酰化賴氨酸殘基溴結(jié)構(gòu)區(qū)的能力對其活性關(guān)鍵15

22、,16。 組蛋白甲基化作用  在過去十年已逐漸澄清和組蛋白甲基化作用伴隨機制的重要意義。在組蛋白上賴氨酸殘基可能被單甲基化，雙甲基化或三甲基化。精氨酸殘基也受到單甲基化作用和雙甲基化作用。精氨酸殘基的雙基化作用可能發(fā)生在對稱方式(通過兩個端胍氮terminal guanidino nitrogens的單甲基化作用)或以不對稱方式(通過末端胍氮之一的雙甲基化作用)。如同乙?；饔?，甲基化作用是動力學(xué)。通過S 腺苷甲硫氨酸(SAM)-依賴甲基轉(zhuǎn)移酶寫入甲基標(biāo)志和通過或交叉形家族的2 酮戊二酸-依賴去甲基化酶17或黃素-依賴酶賴氨酸-特異性組蛋白去甲基酶1抹去(LSD1；也稱為K

23、DM1A)和LSD2 (也稱為KDM1B)18。  因為甲基化作用不改變賴氨酸或精氨酸殘基的電荷狀態(tài)，它似乎不直接影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。反而，各種甲基標(biāo)志作用如對其他蛋白質(zhì)結(jié)合位點擠壓核小體一起19,20或攜帶另外調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)至被甲基化作用標(biāo)志染色質(zhì)位點21,22。標(biāo)志的每個類型組成特異性信號被高度涉及甲基-賴氨酸-結(jié)合結(jié)構(gòu)區(qū)識別甲基化作用的水平識別和，在許多情況中，周圍氨基酸序列(表1)。從而，組蛋白3的三甲基化Lys4(H3K4me3)，H3K9me3和H4K20me2各與閱讀器結(jié)構(gòu)區(qū)不同組相互作用。  組蛋白賴氨酸甲基化作用可能與或轉(zhuǎn)錄激活或壓制關(guān)聯(lián)。例如，H3K4me3是一

24、個標(biāo)志性轉(zhuǎn)錄活性基因，而H3K9me3和H3K27me3(參考23,24)與沉默基因關(guān)聯(lián)。雖然蛋白質(zhì)精氨酸甲基化作用是豐富的和長時間已被知道，組蛋白精氨酸甲基化作用只在最近變成認為是一種重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機制25。組蛋白的精氨酸甲基化作用可能促進或拮抗核因子與其他鄰近組蛋白標(biāo)志相互作用，因此增加組蛋白編碼的復(fù)雜性26,27。疾病關(guān)聯(lián)  表觀遺傳學(xué)標(biāo)志的閱讀器，寫入器和抹去器可促進或驅(qū)動疾病通過兩個主要機制。第一個，畸變活性由于突變或表觀遺傳學(xué)因子的改變表達可改變隨后細胞基因表達模式導(dǎo)致或甚至驅(qū)動和保持疾病狀態(tài)。第二，因為閱讀器，寫入器和抹去器是一般因子與許多其他細胞蛋白質(zhì)協(xié)同工作work

25、 in concert with，尤其是組織-特異性和環(huán)境響應(yīng)DNA-結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子，它們可能介導(dǎo)被上游信號改變的基因表達模式10。重要的是，后者提供機會靶向疾病通路主要驅(qū)動者(例如，某些轉(zhuǎn)錄因子或外部刺激)可能不能成藥。癌癥. 表觀遺傳學(xué)機制已長期被知道涉及癌癥，開始語觀察到在大多數(shù)癌癥中DNA甲基化作用發(fā)水平急劇改變。雖然癌癥根本上是一種遺傳疾病被不可逆地基因組突變驅(qū)動隨后激活原癌基因或腫瘤抑癌基因失活，在癌癥中有越來越多證據(jù)許多表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)失調(diào)，和癌癥表觀基因組內(nèi)組蛋白標(biāo)志是全局和局部地改變28。 這方面知識刺激DNA甲基轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去乙酰化酶(HDAC)的抑制劑的發(fā)展

26、在幾種癌癥中在臨床上有效，證明表觀遺傳學(xué)治療在腫瘤學(xué)的價值28。但是，這些藥物在其靶蛋白質(zhì)家族內(nèi)是非選擇性和有大量副作用。雖然還有待在臨床中證實，靶向特異性組蛋白去乙酰化酶(HDAC)藥物有更大選擇性在某些癌癥中可能有益。例如，用一種HDAC8的選擇性抑制劑模擬HDAC8的基因敲除神經(jīng)母細胞瘤細胞株的治療以及抑制細胞增殖和觸發(fā)分化29,30，第二代HDAC抑制劑 它們的幾種更選擇性 當(dāng)前正在對多種類型癌癥臨床試驗(表2)。通過幾種機制，包括直接失活或激活突變，基因擴增，間接下調(diào)或酶失活，和易位導(dǎo)致某些閱讀器結(jié)構(gòu)區(qū)融合蛋白質(zhì)得到功能的表達31可能發(fā)生表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)和其信號網(wǎng)絡(luò)的放松管制。眾

27、所周知實例包括在幾種類型白血病中和在各種實體腫瘤中關(guān)鍵發(fā)育組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2過表達32。  蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶MLL基因編碼也受到許多染色體易位導(dǎo)致嵌合融合蛋白質(zhì)的表達和其他表觀遺傳學(xué)因子不適當(dāng)補充例如甲基轉(zhuǎn)移酶DOT1 樣蛋白(DOT1L)33。最近顯示DOT1L的抑制選擇性地殺傷細胞和腫瘤異種移植含MLL易位34。EZH2可能通過主要突變的過表達被異常地上調(diào)增加其三甲基化作用活性，提供靶向突變蛋白選擇性治療的可能性35。在中線瘤模型中顯示潛在表觀遺傳學(xué)靶向治療一個最近實例。在此癌癥中，癌發(fā)生被染色體易位驅(qū)動，which 導(dǎo)致含蛋白質(zhì)4-溴結(jié)構(gòu)區(qū)(BRD4)或BRD3融

28、合蛋白和一種驅(qū)動癌發(fā)生的睪丸-特異性轉(zhuǎn)錄因子(NUT)的表達。一種溴結(jié)構(gòu)區(qū)的BET家族選擇性拮抗劑(其中包括BRD2，BRD3，BRD4和溴結(jié)構(gòu)區(qū)睪丸-特異性蛋白(BRDT)導(dǎo)致BRD4NUT-陽性中線癌異種移植的選擇性殺死36。  表觀遺傳學(xué)機制的調(diào)制還提供為克服驅(qū)動癌癥遺傳變化潛能 尤其是可能不能成藥的癌蛋白。例如，例外的核激素受體，認識到利用小分子它極挑戰(zhàn)抑制大多數(shù)序列-特異性轉(zhuǎn)錄因子37。這包括轉(zhuǎn)錄因子MYC，病理性激活是在癌癥基因組中觀察到最常見遺傳事件38。雖然 MYC是首先知道和最常見癌蛋白之一39，經(jīng)歷30歲研究鑒定化合物可直接地抑制MYC蛋白的活性已失敗。但是，最近

29、幾篇激動人心報告表明在幾種血液學(xué)惡性病通過藥理學(xué)抑制其調(diào)節(jié)伙伴之一，BRD4，MYC可能被有效抑制。BRD4結(jié)合乙酰化的組蛋白通過其溴結(jié)構(gòu)區(qū)和介導(dǎo)染色質(zhì)-依賴信號和在MYC靶位點處轉(zhuǎn)錄40。BRD4和乙酰化的組蛋白間相互作用的抑制導(dǎo)致減低MYC靶基因的水平和抑制MYC基因本身的轉(zhuǎn)錄41,42。  相似地，溴結(jié)構(gòu)區(qū)-含核輔助因子ATPase含蛋白2-AAA結(jié)構(gòu)區(qū)(ATAD2)的過表達對三-陰性/基底-樣乳癌細胞的增殖和活存至關(guān)重要和控制原癌基因MYB43的表達。ATAD2的溴結(jié)構(gòu)區(qū)在腫瘤發(fā)生中有關(guān)鍵作用44。這些結(jié)果強調(diào)通過抑制催化或可成藥的表觀遺傳學(xué)輔助因子染色質(zhì)-相互作用活性驅(qū)動致

30、癌轉(zhuǎn)錄因子的表達對靶向不能成藥的致癌轉(zhuǎn)錄因子潛能。  有許多在基因編碼對(和活性)組蛋白標(biāo)志閱讀器，寫入器和抹去器其他癌癥-連接改變。這些許多改變發(fā)生關(guān)鍵發(fā)育基因和來自與癌癥關(guān)聯(lián)給定組織類型干細胞-樣早期祖細胞，例如許多血液學(xué)惡性病4548和髓母細胞瘤49,50。從而，這些自我更新細胞可能被鎖在某種表觀遺傳學(xué)狀態(tài)防止進行分化。抑制突變的表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)或抑制其他致癌信號因子的轉(zhuǎn)錄編程 of可能是這些癌癥類型中克服阻斷分化誘人的戰(zhàn)略。相似地，觀察到在迅速增殖癌癥細胞氧-無關(guān)糖酵解代謝(被稱為Warburg效應(yīng))可能協(xié)調(diào)和維持被表觀遺傳學(xué)信號網(wǎng)絡(luò)51。 基因組不穩(wěn)定性也是癌癥某

31、種標(biāo)志，和表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)的失活對DNA損傷核查點貢獻(例如HAT 60 kDa Tat-互動蛋白(TIP60；也稱為KAT5)52或腫瘤蛋白p53結(jié)合蛋白1(TP53BP1；一種含蛋白-Tudor結(jié)構(gòu)區(qū))53似乎有助于癌發(fā)生。雖然TIP60和TP53BP1作用如同腫瘤抑制蛋白和可能不是治療靶點，這些蛋白質(zhì)的作用強調(diào)表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)在癌變中廣泛作用，既有正性(驅(qū)動腫瘤生長)又有負性(遏制腫瘤生長)。這種二分法dichotomy也提出對表觀遺傳學(xué)治療潛能重要安全性相關(guān)問題(見下文)。 神經(jīng)精神障礙 幾項研究曾顯示在臨床神經(jīng)疾病狀態(tài)表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)的水平改變，尤其是在智障綜合征中。HDA

32、C4單倍劑量不足引起短指智力低下綜合征brachy¬dactyly mental retardation syndrome，發(fā)育延遲和行為問題54。此外，HAT CREB結(jié)合蛋白(CREBBP)單倍劑量不足引起大拇指癥候群RubinsteinTaybi syndrome，一種遺傳障礙導(dǎo)致認知功能失調(diào)。在這種疾病的小鼠模型中 新生Crebbp+/小鼠 小鼠表現(xiàn)出行為障礙，和通過組蛋白去乙?；饔玫囊种瓶赡孓D(zhuǎn)這個表型55。CREBBP可能也是關(guān)鍵靶點對presenilins(是相關(guān)多通穿越膜蛋白功能家族為-分泌膜內(nèi)蛋白酶復(fù)合體的一部分)在調(diào)節(jié)記憶形成和神經(jīng)元活存56。此外，在表觀遺傳學(xué)蛋

33、白質(zhì)突變可導(dǎo)致神經(jīng)精神障礙：例如，在基因編碼常染色質(zhì)組蛋白-賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶1突變(EHMT1；也稱為G9A 樣蛋白1(GLP1)導(dǎo)致一個復(fù)合物智障綜合征intellectual disability syndrome在成年大鼠腦中鏡像is mirrored此基因缺失5759。  X-鏈接智力低下(XLMR)是一種遺傳疾病大多數(shù)影響男性，和X染色體遺傳異常所致，包括許多轉(zhuǎn)錄共活化劑蛋白質(zhì)60。例如，XLMR蛋白PHF8(PHD指蛋白8)催化H3K9me2和H3K9me1的去甲基化作用(參考61)。PHF8的PHD結(jié)合至H3K4me3，和與H3K4me3共定位在轉(zhuǎn)錄起始位點。此外，

34、PHF8與另一個 XLMR蛋白，鋅指蛋白711(ZNF711)相互作用，結(jié)合至PHF8 調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的一個亞組包括組蛋白去甲基酶賴氨酸-特異性去甲基酶5C(KDM5C；也稱為JARID1C)。這些結(jié)果功能性地連接XLMR-連接基因PHF8至兩個其他XLMR-連接基因，ZNF711和JARID1C，表明連接至智力障礙基因可能與發(fā)生智力障礙患者中觀察到復(fù)合物表型遺傳上關(guān)聯(lián)61。 Sirtuin 1(SIRT1)在大鼠和人類中是在腦區(qū)無處不在地表達尤其是對年齡-相關(guān)神經(jīng)退行性狀態(tài)易感。因此，內(nèi)源性sirtuin通路的激活可能提供一種治療方法延緩和/或治療人類年齡相關(guān)疾病62。在有肌萎縮性側(cè)索

35、硬化癥患者的腦和脊髓中觀察到HDAC11 mRNA的水平減低和HDAC2 mRNA的水平增加63。這些發(fā)現(xiàn)的功能性和治療性含義將實現(xiàn)得到HDAC2更選擇性的抑制劑。盡管缺乏這類工具，用當(dāng)前可得到的研究，部分地選擇性組蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制劑例如伏立諾他vorinostat(Zolinza；Merck)64和MS 275(參考65)揭示在中樞神經(jīng)系統(tǒng)病理中這些 HDACs的作用更深入的見解。  精神分裂癥是另一種疾病其中表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)水平改變?；蚓幋aSMARCA2(染色質(zhì)亞家族A成員2的SWI/SNF-相關(guān)基質(zhì)-關(guān)聯(lián)的肌動蛋白actin-依賴調(diào)節(jié)物)表達BRM，是SWI/

36、SNF染色質(zhì)-重建復(fù)合物的蛋白組分；在全基因組關(guān)聯(lián)研究genome-wide asso¬ciation studies這個復(fù)合物與精神分裂癥關(guān)聯(lián)。在SMARCA2的多態(tài)性連接至疾病基因表達和/或編碼氨基酸序列產(chǎn)生變化66. 此外， BRD1中一種多態(tài)性曾顯示與精神分裂癥和雙相情感障礙有關(guān)聯(lián)67。  炎癥適應(yīng)性免疫應(yīng)答顯示一個系統(tǒng)的標(biāo)志特點是受表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)由多能前體細胞組成進行分化和克隆擴增受暴露至一個適當(dāng)刺激(例如，一個抗原)變成被激活的淋巴細胞，然后保留對未來暴露的記憶。所以不令人吃驚地在幾種嚙齒類炎癥條件模型非-選擇性HDAC抑制劑已證實臨床前療效，既

37、在嚙齒類疾病模型68也在取自自身免疫疾病患者的臨床樣品69。這些研究已揭示幾種特異性HDACs與免疫應(yīng)答各個方面有牽連，包括先天和適應(yīng)性系統(tǒng)70。例如，HDAC6和HDAC9增強轉(zhuǎn)錄因子叉頭框forkhead boxP3促進抗炎調(diào)節(jié)T淋巴細胞活性71，而最近HDAC6與抗原提呈樹突狀細胞的分化和成熟有牽連72。  此外，曾顯示幾種sirtuins通過調(diào)節(jié)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子活性調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。例如，SIRT1和SIRT6分別通過NF-B p65亞單位的轉(zhuǎn)錄后修飾和通過改變對p65促進劑的易接近性accessibility73 調(diào)控核因子-B(NF-B)活性。從而，SIRT1激活劑在體外和體內(nèi)炎

38、癥模型有抗炎作用74。 幾種組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)，既通過組蛋白乙?；饔靡餐ㄟ^轉(zhuǎn)錄因子例如NF-B75二者也調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)明確地表明在免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)中對乙酰化作用的重要作用；最近發(fā)現(xiàn)進一步支持表明溴結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白質(zhì)的BET家族在對內(nèi)毒素的全身全面炎癥反應(yīng)中是至關(guān)重要的76。  此外，有增長證據(jù)對組蛋白賴氨酸甲基化作用在調(diào)節(jié)免疫過程作用。尤其是，內(nèi)毒素休克期間通過H3K9二甲基化作用介導(dǎo)中蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶G9A(也稱為EHMT2)在特異性基因的沉默中的重要性77。黃素-依賴胺氧化酶LSD2介導(dǎo)NF-B去甲基化作用和，這樣做，在樹突狀細胞中一個調(diào)節(jié)循環(huán)控制促炎癥基因的表達有

39、牽連78。此外，組蛋白去甲基酶交叉形結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白3(JMJD3；也稱為KDM6B)在巨噬細胞對脂多糖和在激活和維持所謂 另外被激活的巨噬細胞有牽連，被認為涉及宿主對寄生蟲反應(yīng)，組織重建和血管生成79,80?？偨Y(jié)，越來越多的分子學(xué)和藥理學(xué)證據(jù)表觀遺傳學(xué)機制涉及免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)通過涉及轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)制和組蛋白的修飾機制。此外，有臨床證據(jù)提示這些機制在自身免疫疾病中可能下調(diào)81,82；因此靶向表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)物代表對這些情況的改善強有力新方法。 代謝性障礙 Sirtuins，去乙酰組蛋白和非-組蛋白二者底物，是代謝的主要調(diào)節(jié)物83。在兩個荷蘭獨立人群中SIRT1中兩個常見變異體伴較低體重指數(shù)。

40、曾報道這些變異體攜帶者1318% 肥胖風(fēng)險減低84。在人類85和小鼠86的2型糖尿病曾伴隨SIRT1水平減低或活性減低。從而， 1個或更多sirtuins的激活可能有有利生理學(xué)效應(yīng)。白藜蘆醇Resveratrol，通過SIRT1的間接激活，在胰島素瘤INS 1E 細胞和人胰島中刺激胰島素釋放87。在一項分開研究中，長期側(cè)腦室內(nèi)輸注白藜蘆醇至飲食-誘發(fā)肥胖糖尿病小鼠正常化高血糖和改善高胰島素血癥88。還報道這些效應(yīng)是通過通過SIRT1介導(dǎo)，因為用蛋白利用短發(fā)針RNA的knockdown證實89。 在短暫高血糖模型中組蛋白甲基化作用對高血糖記憶有影響90。甲基轉(zhuǎn)移酶SET結(jié)構(gòu)區(qū)-含 蛋白

41、7(SETD7)和彩斑variegation39同源物1(SUV39H1)遏制劑，以及去甲基酶LSD1，NF-B對葡萄糖反應(yīng)的基因編碼p65亞單位持續(xù)上調(diào)有影響。SETD7的Knockdown逆轉(zhuǎn)效應(yīng)是伴隨糖尿病血管損傷，提示蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(PKMT)是糖尿病治療的潛在靶點91。 再生醫(yī)學(xué)：在胚胎干細胞分化和重新編程作用. 在再生醫(yī)學(xué)中，曾顯示表觀遺傳學(xué)蛋白質(zhì)的調(diào)制用途，尤其是指引胚胎干細胞向定向系的分化，和通過重新編程體細胞誘發(fā)多能性干細胞的形成92。在再生醫(yī)學(xué)中伴隨HDAC蛋白質(zhì)重要機會是糖尿病和神經(jīng)退行性疾病例如帕金森氏癥病和阿爾茨海默氏病的治療。用假定的HDAC抑制劑治

42、療被治療干細胞顯示系進展向胰島素-生成 細胞有確定性內(nèi)胚層世代，以及胰島素祖細胞的高效生產(chǎn)表達的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子(例如，胰島素和十二指腸同源合homeobox1(PDX1)為胰島素發(fā)育和 細胞成熟必需93。此外，類別I HDAC抑制劑丙戊酸促進神經(jīng)元多能性成年大鼠神經(jīng)祖細胞在體外分化94和大鼠腦在體內(nèi)神經(jīng)再生95。 供應(yīng)豐富干細胞世代由此系清單可能協(xié)調(diào)將實質(zhì)上進展再生細胞治療。Yamanaka96第一個顯示在小鼠體細胞對四個遺傳轉(zhuǎn)錄因子傾向(八聚體結(jié)合蛋白3(OCT3；也稱為OCT4)，SOX2，MYC和Krüppel-樣因子4(KLF4)誘導(dǎo)多能性，和相當(dāng)大最近努力已集中在發(fā)現(xiàn)對這些轉(zhuǎn)

43、錄因子小分子替代物使總體過程更有效率和避免最終癌發(fā)生。 當(dāng)用兩個或更多這些特異性遺傳因子結(jié)合，HDACs的小分子抑制劑，PKMTs或賴氨酸去甲基化酶改進重新編程效率至一個水平與轉(zhuǎn)導(dǎo)全部四個因子相當(dāng)。這顯示表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)在細胞重新編程中關(guān)鍵作用。例如，丙戊酸valproic acid使原代人纖維母細胞重新編程有兩個因子，OCT4和SOX2，無需原癌基因MYC或KLF4。在這些條件下創(chuàng)建誘發(fā)多能干細胞在多功能，全局基因表達圖形和表觀遺傳學(xué)狀態(tài)相似人類胚胎干細胞97。相似地，G9A抑制劑BIX 01294改善重新編程效率在神經(jīng)祖細胞轉(zhuǎn)導(dǎo)只用OCT3/OCT4和KLF4(參考98)。這些研究提示只用小

44、分子誘導(dǎo)多功能干細胞的世代 可能很快成為可行的。成藥表觀基因組 乙酰和甲基閱讀器，寫入器和抹去器的主要類別各自對小分子抑制有實驗的證據(jù)(圖3,5)，雖然當(dāng)前在臨床只有HDAC抑制劑(表2)。過去十年曾見到這些類型蛋白質(zhì)的生化，底物選擇性和三-維結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識大量增加，揭示共同結(jié)構(gòu)和去其活性位點機制特點。這個知識已使最新對組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)新抑制劑，組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，溴結(jié)構(gòu)區(qū)s和惡性腦腫瘤結(jié)構(gòu)區(qū)(MBT結(jié)構(gòu)區(qū)s)報道，將在下面討論。 HDACsHDACs被分為五個系統(tǒng)進化類別99(圖2)：類別I包括HDAC1，HDAC2，HDAC3和HDAC8；類別IIa包

45、括HDAC4，HDAC5，HDAC7和HDAC9；類別IIb包括HDAC6和HDAC10；類別III包括sirtuins(或Sir2蛋白質(zhì)) SIRT1SIRT7；和類別IV含HDAC11。來自I，II和IV類酶催化需要一個雙價金屬離子100。Sirtuins是依賴NAD+-酶與蛋白去乙?；负虯DP-核糖核酸酶活性，和其他類別在結(jié)構(gòu)上和生化上無關(guān)101,102。 反映乙酰標(biāo)記在細胞內(nèi)獨特分布103，HDACs去乙酰組蛋白和非-組蛋白兩種底物。例如，HDAC6不涉及表觀遺傳學(xué)信號但它去乙酰化微管microtubules和熱休克蛋白90(參考 104,105)。幾種金屬-依賴HDAC抑制劑是在臨

46、床試驗(圖3)；大多數(shù)這些靶向血液學(xué)惡性病，和兩個藥物，伏立諾他和羅米地辛(Istodax；Celgene)，分別在2006和2009年被首先批準(zhǔn)治療皮膚T細胞淋巴瘤106,107。增加組蛋白和非-組蛋白底物兩者乙?；饔媒閷?dǎo)通過這些藥物和相關(guān)藥物是連接至腫瘤細胞生長的停止，凋亡和抗-血管生成108,109。  所有HDAC抑制劑占領(lǐng)典范canonicalHDACs的乙酰-賴氨酸通道(圖4)。相互作用在表面-可接近的輪圈rim和在一個足袋緊鄰催化位點介導(dǎo)選擇性110。和鋅離子在金屬依賴催化位點的螯合驅(qū)動效力和選擇性111。HDAC抑制劑的幾種類型 例如異羥肟酸hydroxamates

47、，環(huán)肽，苯甲酰胺類benzamides和脂肪酸 差異地滿足這些藥效規(guī)則。伏立諾他的異羥肟酸基和羅米地辛romidepsin的巰基螯合催化鋅離子不同的HDACs間有小一點特異性，但曾報道伏立諾他優(yōu)先抑制HDAC1，HDAC2，HDAC3和HDA6，而羅米地辛優(yōu)先靶向HDAC1，HDAC2，HDAC3和HDAC8 (參考111)。圖3 | 成藥的乙酰標(biāo)志-介導(dǎo)的信號. 化合物C646抑制組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶EP300(E1A-關(guān)聯(lián)蛋白p300)和有一個IC50(半數(shù)-最大抑制濃度)值1,600 nM133。最近證明溴結(jié)構(gòu)區(qū)拮抗劑在體內(nèi)有效：JQ1和IBET，含蛋白2溴結(jié)構(gòu)區(qū)- (BRD2)

48、的兩個強拮抗劑，BRD3和BRD4分別在癌癥和炎癥臨床前開發(fā)36,76?；衔?a是處在較低進展發(fā)展階段但提供一個新化學(xué)骨架174。幾個組蛋白去乙?；?HDAC)抑制劑已達到臨床。伏立諾他(HDAC1，HDAC2，HDAC3和HDAC6的一種抑制劑)和羅米地辛(HDAC1，HDAC2，HDAC3和HDAC8的一種抑制劑)兩者均被批準(zhǔn)腫瘤學(xué)適應(yīng)證111；在臨床為腫瘤學(xué)適應(yīng)證其他化合物包括：panobinostat (在III期開發(fā)，和靶向HDAC1，HDAC2，HDAC3和HDAC6)111；entinostat(在II期開發(fā)，和靶向HDAC1和HDAC2)111；和mocetinostat(

49、在II期開發(fā)，和靶向HDAC1和HDAC2)111。 Sirtuin 1抑制劑 EX 527是在對亨廷頓氏病II期臨床試驗127?；衔?J抑制sirtuin 2有一個IC50為1m175。 去乙?；附Y(jié)構(gòu)區(qū)的類別I，II和IV酶是高度保守的但在類別IIa酶中缺乏一個催化殘基，導(dǎo)致縮小去乙酰化酶活性和提出一個未發(fā)現(xiàn)的底物 112或變構(gòu)刺激活性的可能性113。 另外，類別IIa酶可能作用如同骨架蛋白質(zhì)多蛋白復(fù)合物內(nèi)催化活性HDACs幫助補充。最近對涉及葡萄糖穩(wěn)態(tài)glucose homeostasis非-組蛋白底物HDAC4/HDAC5 介導(dǎo)去乙酰化作用證實這個機制114。另外，類別IIa HDA

50、Cs結(jié)合乙?；亩嚯挠幸粋€親和力與其他金屬-依賴HDACs有可比性，和可能 像溴結(jié)構(gòu)區(qū) 作用如同乙酰標(biāo)志閱讀器111。使用一個改進的，非-天然三氟乙?；念悇eIIa底物揭示大多數(shù)HDAC抑制劑在藥理學(xué)相關(guān)濃度對類別IIaHDACs是無活性但HDAC1，HDAC2和HDAC3被大多數(shù)受試化合物抑制111。  重要的是，HDACs是在細胞中較大復(fù)合物的組分，和多個蛋白復(fù)合物的上下文中觀察到對純化的蛋白質(zhì)抑制劑或底物的選擇性可能改變115，選擇性HDAC抑制劑的設(shè)計增加了進一層復(fù)雜性。細胞和細胞-類型特異性HDAC復(fù)合物和其底物的更詳細了解需要更好設(shè)計選擇性抑制。這個問題對其他表觀遺傳學(xué)蛋

51、白質(zhì)家族抑制劑的開發(fā)也很重要。尚未確證是否增加選擇性(通過探查在囊袋輪圈和足處結(jié)構(gòu)多樣性達到)可轉(zhuǎn)化為更佳靶向治療或改進治療窗，但這是當(dāng)前在實驗室研究和在臨床使用下一代化合物108 (圖3)。 曾報道對SIRT1，SIRT2，SIRT3和SIRT6的Sirtuins，去乙?；富钚?文獻116119)。其他sirtuins 可水解不同標(biāo)志例如琥珀酰succinyl，丙二酰malonyl或丙酰propionyl標(biāo)志120,121，或它們可獨有地exclusively作用為ADP-核糖核酸酶。SIRT1可以從細胞核向細胞質(zhì)穿梭和去乙酰陣列底物，包括組蛋白和腫瘤抑制基因p53(參考122)。SIRT

52、1曾伴有壽命和記憶延長，和曾顯示神經(jīng)退行性變性，代謝性綜合征和癌癥有益影響，從而在藥物發(fā)現(xiàn)界引起相當(dāng)大興趣123。 一篇報告報告第一個SIRT1激活劑，包括天然產(chǎn)物白藜蘆醇和各種合成分子124，曾是廣泛矛盾的中心?，F(xiàn)在越來越多證據(jù)提示觀察到SIRT1激活是一種生化人為現(xiàn)象artefact，和細胞活性是非相關(guān)靶點介導(dǎo)的125,126。對強和選擇性SIRT1激活劑需求仍未得到滿足。最先進化合物是SIRT1抑制劑selisistat(也稱為EX 527或SEN196)，已達到II期臨床試驗對亨廷頓氏Huntingtons 疾病127(見Siena Biotech website網(wǎng)址)。 組蛋白乙酰轉(zhuǎn)

53、移酶(HATs). 盡管有非常低序列同源性，迄今解決的所有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)的催化結(jié)構(gòu)區(qū)組織圍著一個保守的中心皺摺其輔助因子乙酰-CoA結(jié)合和催化發(fā)生。唯一解決的人類HAT結(jié)合至一個多肽底物的晶體結(jié)構(gòu)揭示一個淺多肽-結(jié)合位點其中只有乙酰化賴氨酸被插入在一個溶劑-可接近的溝槽，提示這個位點可能難以用藥物靶向。幾種組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)與乙酰-CoA曾被共結(jié)晶：在所有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)除了對E1A-關(guān)聯(lián)的蛋白p300 (EP300)，這個輔助因子在一個開放但結(jié)構(gòu)不同袋內(nèi)，不知道這個輔助因子袋是否可成藥。與此相反，EP300含一個獨特環(huán)折入輔助因子，成為埋在一個封閉和或許化

54、學(xué)上易處理袋128。已經(jīng)確定和評述數(shù)組HAT抑制劑129,130。但是，這些化合物的大多數(shù)是或混雜的天然物質(zhì)結(jié)合多種蛋白質(zhì)類型129或它們共價地修飾異噻唑啉酮131。一個非常巨大雙-底物抑制劑，Lys-CoA，被顯示是一個亞微摩爾EP300抑制劑有驚人選擇性但沒有藥樣性質(zhì)132。另一個最近期描述EP300抑制劑，C646，可能是迄今發(fā)表的唯一強，選擇性和藥-樣HAT抑制劑133(圖3)?；衔锝Y(jié)合在預(yù)測的可成藥的EP300袋和作用如同輔助因子競爭劑。此外，C646 可模擬半胱天冬酶caspase-依賴促凋亡pro-apoptotic效應(yīng)短干擾RNA-介導(dǎo)的EP300 knockdown，涉及外

55、源和內(nèi)源細胞死亡途徑，在雄激素-依賴和去勢-抵抗前列腺癌細胞134。  仍不知道其他組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)的化學(xué)可追蹤性，但迄今可得到結(jié)構(gòu)缺乏明顯可成藥的位點和缺乏可信抑制劑報道提示對分離酶進行篩選化學(xué)品庫不是適當(dāng)方法。在細胞中組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)功能為巨大多蛋白復(fù)合物一部分，和對抑制劑的發(fā)現(xiàn)可能需要這些復(fù)合物的形成。這將需要對重組復(fù)合物生化篩選，或在細胞中篩選表型。 蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶. 蛋白質(zhì)甲基轉(zhuǎn)移酶的結(jié)構(gòu)，由兩個不同但鄰近結(jié)合位點組成，提供兩個位置小分子可結(jié)合和抑制酶功能。的確，肽底物通道和結(jié)合位點對輔助因子S-腺苷甲硫氨酸(SAM)曾探查產(chǎn)生蛋白質(zhì)甲基

56、轉(zhuǎn)移酶的強抑制劑135,136。當(dāng)前，組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(HKMTs)的選擇性和細胞-活性抑制劑的成功鑒定曾被限制于那些靶向緊密相關(guān)酶G9A和GLP1，以及DOT1L。 圖4：代表性抑制劑的結(jié)構(gòu)機制. a |伏立諾他被顯示與乙酰標(biāo)志抹去器組蛋白去乙?；?(HDAC8)復(fù)合(Protein Data Bank (PDB) ID編碼：1T69。 b | UNC638被顯示與甲基標(biāo)志寫入器賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶G9A復(fù)合(PDB ID編碼：3RJW)。c | 2,4 吡啶二羧酸二乙酯被顯示與甲基標(biāo)志抹去器交叉形交叉形結(jié)構(gòu)區(qū)-含蛋白2A復(fù)合(JMJD2A)(PDB ID編碼：2VD

57、7)。d | JQ1 被顯示與乙酰賴氨酸閱讀器含蛋白2-溴結(jié)構(gòu)區(qū)復(fù)合(BRD2) (PDB ID編碼：3ONI)。e | UNC669 被顯示與甲基標(biāo)志閱讀器致死性3惡性腦腫瘤-樣蛋白1復(fù)合(L3MBTL1)。(PDB ID編碼：3UWN)。大多數(shù)化合物與底物賴氨酸競爭(以品紅顯示)，而2,4 吡啶二羧酸二乙酯與JMJD2A的輔助因子競爭(以橙色顯示)34。相似地，甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑EPZ 0477與輔助因子S 腺苷甲硫氨酸競爭(未顯示)。結(jié)合位點用灰色陰影表示，氮原子是暗藍色和氧原子紅色。一個催化鋅或鎳離子(顯示如黃球)分別是與HDAC8或JMJD2A共結(jié)晶。 BIX 01294是賴氨酸甲基轉(zhuǎn)

58、移酶(PKMT)的第一個選擇性抑制劑。BIX 01294結(jié)合在蛋白底物通道G9A和GLP1，但其不大親和力和細胞毒性限制它用于基于細胞試驗137。第二代抑制劑例如E72 (參考138)和UNC321(參考139)，兩者摻入一個7 烷氧基胺alkoxyamine拴住喹唑啉喹唑啉核心作為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)修飾，顯示顯著改善酶親和力。UNC638(參考140)是G9A和GLP1的強和選擇性抑制劑，和為改進療效和低毒性被進一步優(yōu)化。UNC638還保留7 烷氧基胺基，表明摻入這個基團可能代表為設(shè)計靶向這個HKMT家族可行的戰(zhàn)略。基于結(jié)構(gòu)研究 有洞察力幫助設(shè)計新穎化合物 曾顯示UNC638的保守喹唑啉核心(參考140) 占領(lǐng)多肽溝槽(如既往BIX 01294所見)141和新烷氧基胺以相似方式取代結(jié)合賴氨酸通道內(nèi)側(cè)至組蛋白底物的賴氨酸140(圖4)。結(jié)合至肽-結(jié)合溝槽HKMTs的其他小分子