DNA损伤修复过程表观遗传学改变

多种化学、物理及生物因素可诱发细胞DNA损伤,损伤后DNA损伤位点被相关损伤感受器识别,激活相应的修复通路进行DNA修复。越来越多的证据表明DNA甲基化状态、蛋白翻译后修饰、染色质重塑、miRNA等修饰方式参与了DNA的损伤修复。文章通过不同损伤修复通路中这些修饰的特点,阐述表观遗传学改变在DNA损伤修复发展过程中的作用机制。     

表观遗传学及其与疾病相关性

表观遗传学(Epigenetics)是指基因的DNA序列不发生改变的情况下,基因的表达水平与功能发生改变,并产生可遗传表型的遗传现象。主要内容包括DNA甲基化,组蛋白共价修饰,染色质重塑,非编码RNA 4个调控机制。这些表观遗传学变化与多种疾病的发生发展有关,该文就表观遗传学及其与疾病相关性作一综述。     

黑色素瘤发生发展中的表观遗传学调控

人恶性黑色素瘤(malignant melanoma)是近年来高发病率和高死亡率的肿瘤之一.目前尚缺乏有效的治疗方法.而表观遗传如DNA甲基化(DNA methylation)、组蛋白修饰(histonemodification)、染色质重塑(chromatin remodeling)及RNA干扰(RNA interference,RNAi)等改变在人黑色素瘤的发生、发展和转移中有重要作用.阐明黑色素瘤发生发展的表观遗传学机制已引起了学者的普遍关注.本文综述了人类黑色素瘤发生发展中所特异的表观遗传改变:CpG岛的异常甲基化修饰、组蛋白甲基化和乙酰化修饰、染色质重塑以及microRNA在黑色素瘤发生和转移中的作用,并对应用表观遗传修饰治疗人类黑色素瘤进行了探讨.     

酵母模式生物研究表观遗传调控基因组稳定性的进展

基因组的遗传稳定性是维持正常的细胞复制、增殖和分化的关键。外源因素和内源因素造成的DNA损伤及其修复失败, 是各种遗传疾病发生的根本原因。表观遗传调控(包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA)在DNA损伤修复和细胞周期调控方面发挥着重要的作用, 也是维持基因组稳定性的基础。酵母作为单细胞真核生物, 是最早开展表观遗传学研究的物种之一, 特别是在DNA损伤修复和异染色质形成等方面的研究, 为揭示遗传稳定性的本质提供了理论依据。国际上前期以酵母为模式生物研究表观遗传学的报道主要集中于组蛋白修饰领域; 近期利用裂殖酵母作为模式生物研究RNAi指导的组蛋白修饰也有了一定的进展。文章以酵母作为模式生物, 论述了表观遗传修饰在维持基因组遗传稳定性中的研究进展、作用机制和今后的发展趋势。     

核小体定位研究进展

核小体定位在诸如转录调控、DNA复制和修复等多种细胞过程中起着重要作用。基因组上核小体位置的确定涉及DNA、转录因子、组蛋白修饰酶和染色质重塑复合体之间的相互作用。核小体定位、组蛋白修饰、染色质重塑等问题已成为目前遗传学研究的热点——表观遗传学——的重要研究内容。文章从核小体定位基本概念、核小体定位与基因表达调控的关系、核小体定位实验研究和理论预测工作等几个方面总结了核小体定位的最新研究进展。     

肝癌表观遗传学研究进展

肝细胞癌是原发性肝癌的主要类型,也是恶性程度最高的肿瘤之一．目前人们对肝癌的发病机制并不十分清楚．研究表明,由遗传学和表观遗传学改变弓『起的原癌基因的活化和抑癌基因的灭活而引起细胞恶性改变是肿瘤发生的核心生物学过程．过去人们普遍认为遗传学上的基因突变是肿瘤发病机制中的关键事件,尤其是抑癌基因的体细胞突变与肿瘤的发生有着密切的关系．但是,近年来随着对肿瘤认识的深入,人们发现DNA序列以外的调控机制（即表观遗传学）异常在肿瘤的发生、发展过程中也起到非常重要的作用．表观遗传学机制包括：DNA甲基化修饰,组蛋白修饰,非编码RNAs（包括microRNA）,染色质重塑等．其中,DNA甲基化和microRNA与肝癌发生的关系是得到最为深入研究的表观遗传学机制．本文将结合本课题组的研究重点,综述DNA甲基化和microRNA在肝癌研究中的进展．     

组蛋白修饰在染色质复制过程中的作用

真核生物中的DNA复制,不但要保证DNA编码的基因组信息高保真复制,也要保证染色质结构所蕴含的表观遗传组稳定传递,这个过程对于维持基因组的完整性和稳定性至关重要。时至今日,人们对DNA复制的机制已经有了深入的认识,但是对染色质复制以及表观遗传信息传递的了解才刚刚开始。组蛋白是染色质结构中最主要的蛋白组成部分,其上面丰富的转录后修饰是表观遗传调控的核心方式之一。从最近几年组蛋白的修饰研究进展入手,主要综述在DNA复制过程中组蛋白修饰如何参与染色质复制的调控。     

表观遗传学研究进展

表观遗传学是在基因组DNA序列不发生变化的条件下,基因表达发生的改变也是可以遗传的,导致可遗传的表现型变化。表观遗传学主要包括DNA甲基化作用、组蛋白修饰作用、染色质重塑、遗传印记、随机染色体(X)失活及RNA世界等。与表观遗传学相关的疾病主要有肿瘤、心血管病、精神病和自身免疫系统性病等。现就表观遗传学与疾病进行综述。     

表观遗传调控：基于染色质环境的DNA双链断裂修复

DNA双链断裂（DNA double-strand breaks, DSBs）是威胁基因组完整性和细胞存活的最有害的DNA损伤类型。同源重组（homologous recombination,HR）和非同源末端连接（non-homologous end joining,NHEJ）是修复DNA双链断裂的两种主要途径。DSB修复涉及到损伤部位修复蛋白的募集和染色质结构的改变。在DNA双链断裂诱导下,染色质结构的动态变化在时间和空间上受到严格调控,进而对DNA双链断裂修复过程进行精细调节。特定的染色质修饰形成利于修复的染色质状态,有助于DNA双链断裂修复机器的招募、修复途径的选择和DNA损伤检查点的活化;其中修复途径的选择对于基因组稳定性至关重要。修复不当或失败可导致基因组不稳定性,甚至促进肿瘤的发生。本文综述了染色质结构和染色质修饰的动态变化在DSB修复中的重要作用。此外,文章还总结了在癌症治疗中靶向关键染色质调控因子在基因组稳定性维持、肿瘤发生发展以及潜在临床应用价值等方面的进展。     

酿酒酵母INO80染色质重塑复合物调控基因表达的研究进展

表观遗传调控是真核生物基因表达精细调控的重要组成部分,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑。其中,染色质重塑因子可影响组蛋白修饰酶和转录因子与特定位点的结合,在基因表达调控中占有重要地位。INO80复合物是进化上保守的染色质重塑复合物,能利用ATP水解获得的能量促进核小体的滑动和驱逐。INO80复合物除了在DNA复制、修复中发挥重要功能外,还通过改变DNA可及性调控酿酒酵母的基因表达。本文综述了染色质重塑复合物的分类及组成,重点介绍了酿酒酵母多亚基复合物INO80在基因表达调控中的重要功能,包括驱逐RNA聚合酶Ⅱ、响应信号转导途径和改变基因表达水平等,并着重总结了其在酿酒酵母环境胁迫响应机理中的研究进展。深入研究INO80染色质重塑复合物的功能,可为理解真核生物精细代谢调控的机制,并进一步开发基于染色质重塑等表观调控水平的微生物代谢工程和合成生物学改造策略,提高菌株的环境胁迫耐受性和发酵性能提供基础。     

Chromatin modulation and the DNA damage response

The ability to sense and respond appropriately to genetic lesions is vitally important to maintain the integrity of the genome. Emerging evidence indicates that various modulations to chromatin structure are centrally important to many aspects of the DNA damage response (DDR). Here, we discuss recently described roles for specific post-translational covalent modifications to histone proteins, as well as ATP-dependent chromatin remodelling, in DNA damage signalling and repair of DNA double strand breaks.     

Shaping chromatin for repair

To counteract the adverse effects of various DNA lesions, cells have evolved an array of diverse repair pathways to restore DNA structure and to coordinate repair with cell cycle regulation. Chromatin changes are an integral part of the DNA damage response, particularly with regard to the types of repair that involve assembly of large multiprotein complexes such as those involved in double strand break (DSB) repair and nucleotide excision repair (NER). A number of phosphorylation, acetylation, methylation, ubiquitylation and chromatin remodeling events modulate chromatin structure at the lesion site. These changes demarcate chromatin neighboring the lesion, afford accessibility and binding surfaces to repair factors and provide on-the-spot means to coordinate repair and damage signaling. Thus, the hierarchical assembly of repair factors at a double strand break is mostly due to their regulated interactions with posttranslational modifications of histones. A large number of chromatin remodelers are required at different stages of DSB repair and NER. Remodelers physically interact with proteins involved in repair processes, suggesting that chromatin remodeling is a requisite for repair factors to access the damaged site. Together, recent findings define the roles of histone post-translational modifications and chromatin remodeling in the DNA damage response and underscore possible differences in the requirements for these events in relation to the chromatin context.     

Yeast high mobility group protein HMO1 stabilizes chromatin and is evicted during repair of DNA double strand breaks

DNA is packaged into condensed chromatin fibers by association with histones and architectural proteins such as high mobility group (HMGB) proteins. However, this DNA packaging reduces accessibility of enzymes that act on DNA, such as proteins that process DNA after double strand breaks (DSBs). Chromatin remodeling overcomes this barrier. We show here that the Saccharomyces cerevisiae HMGB protein HMO1 stabilizes chromatin as evidenced by faster chromatin remodeling in its absence. HMO1 was evicted along with core histones during repair of DSBs, and chromatin remodeling events such as histone H2A phosphorylation and H3 eviction were faster in absence of HMO1. The facilitated chromatin remodeling in turn correlated with more efficient DNA resection and recruitment of repair proteins; for example, inward translocation of the DNA-end-binding protein Ku was faster in absence of HMO1. This chromatin stabilization requires the lysine-rich C-terminal extension of HMO1 as truncation of the HMO1 C-terminal tail phenocopies hmo1 deletion. Since this is reminiscent of the need for the basic C-terminal domain of mammalian histone H1 in chromatin compaction, we speculate that HMO1 promotes chromatin stability by DNA bending and compaction imposed by its lysine-rich domain and that it must be evicted along with core histones for efficient DSB repair.     

RNF8/RNF168信号通路在DNA损伤修复中的作用

细胞内DNA会受部分外界因素(如紫外辐射,电离辐射和化学毒素)和内部因素(如复制错误)的影响而发生损伤,包括DNA双链断裂、DNA错配和DNA交链等。DNA损伤发生后,损伤部位会被一些蛋白识别,进而招募一系列蛋白至损伤部位,形成一个修复系统。DNA双链断裂是最严重的一种DNA损伤,错误修复往往导致疾病的发生。DNA双链断裂(double strand break, DSB)后,细胞启动RNF8/RNF168信号通路进行修复。RNF8和RNF168是这条通路的枢纽蛋白;53BP和BRCA1是关键的效应蛋白,决定着DSB修复的方式;组蛋白泛素化、磷酸化和甲基化等翻译后修饰是这条通路顺利进行的基本条件;染色质重塑、泛素化酶/去泛素化酶平衡和蛋白稳定性是这条通路的主要调节方式。本综述对RNF8/RNF168信号通路进行了梳理总结,希望其能对相关研究者起到参考作用。