組蛋白修飾及其功能(乙?；?甲基化,磷酸化等)于凱課件

1、組蛋白修飾及其功能 組蛋白翻譯完成后，其氨基尾巴會(huì)發(fā)生多種共價(jià)修飾，如乙?；⒓谆?、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(kāi)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

2、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(jí)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（histone acetyltransferase，HAT）和組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）協(xié)調(diào)進(jìn)行。HAT通過(guò)將乙酰輔酶 A 的乙酰基轉(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?；赡芡ㄟ^(guò)對(duì)組蛋白電荷以及相互作用蛋白的影響，增加組蛋白與DN

3、A的排斥力，來(lái)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?；Ｈ旧|(zhì)結(jié)構(gòu)域組蛋白呈高乙?；?。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?；鹑旧|(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(lài)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(kāi)纏繞，從而促使參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的各種蛋白因子

4、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(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)（如螺線管）；組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶（HAT）對(duì)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 CBPP300對(duì)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(zhǎng)其半衰期。局部乙酰化舉例 當(dāng)DNA與核小體尚未解開(kāi)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

5、活因子利用HAT活性使得結(jié)合在DNA啟動(dòng)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(dòng)子結(jié)合，啟動(dòng)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（histone methyl transferase，HMT）完成的。甲基化可發(fā)生在組蛋白的賴(lài)氨酸和精氨酸殘基上，而且賴(lài)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(duì)動(dòng)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

6、基因沉默相關(guān)。相反，賴(lài)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?cè)槍?duì)異染色質(zhì)的形成提出過(guò)一個(gè)模型:首先組蛋白脫乙酰酶使H3中的K9、K14脫乙酰化,然后Suv39h1或Clr4對(duì)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(guò)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(duì)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H

7、32K9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(lái)說(shuō)，組蛋白乙酰化能選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(kāi)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?；揎椇图谆揎椡窍嗷ヅ懦獾?。在細(xì)胞有絲分裂和凋亡過(guò)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(guò)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(guò)程中，有數(shù)個(gè)組蛋白磷酸化反應(yīng)，其中大多數(shù)由Aurora B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(cè)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(jí)聯(lián)反應(yīng)中，激酶（包括CHK1和CHK2）的主