植物组蛋白赖氨酸化修饰参与基因表达调控的机理

组蛋白共价修饰作为表观遗传修饰的重要部分,主要包括乙酰化和甲酰化、甲基化、磷酸化、泛素化和SUMO化等,它们形成一个复杂的网络共同调控基因的表达,其中组蛋白甲基化修饰成为研究的热点,甲基化主要发生在赖氨酸残基上。近年来,随着有关植物组蛋白赖氨酸甲基化修饰研究的不断深入,发现其通过改变自身赖氨酸残基的甲基化状态和甲基化程度,形成转录激活或者转录抑制标记,调控基因的表达,在植物开花和逆境胁迫的响应过程中起着至关重要的作用。H3组蛋白的赖氨酸甲基化修饰能够调控FLC基因和有关抗性基因的表达,具体表现为:H3K4的三甲基化促进FLC的表达,H3K27的三甲基化则抑制FLC的表达;H3K4me3作为转录激活标记,可激活PtdIns5P基因的表达,启动响应干旱的脂质合成信号通路,响应干旱胁迫;相反,H3K27me3作为一种转录抑制标记,低水平的H3K27me3诱导COR15A和ATGOLS3基因表达,它们分别编码叶绿体低温保护蛋白Cor15am和肌醇半乳糖合成酶GOLS,以抵抗寒冷胁迫。文章主要综述了植物组蛋白赖氨酸甲基化修饰参与DNA甲基化、开花过程以及应答逆境胁迫的分子机制。     

组蛋白H2B单泛素化参与DNA损伤修复的调控机制

作为一种重要的组蛋白修饰形式,H2B的单泛素化(uH2B)广泛地参与DNA复制、基因的表达与转录、DNA损伤修复及异染色质维持等生物学事件.在裂殖酵母中,H2B的单泛素化发生在其羧基端的119位赖氨酸(K119),并依赖于Rhp6/Bre1泛素连接酶复合体.研究表明,uH2B通过破坏H2A/H2B二聚体的结构促进mRNA在转录过程中的延伸,同时促进H3K4的三甲基化激活基因的表达及参与DNA损伤修复.本研究发现,Rhp6能够对核糖核苷酸还原酶抑制基因(Spd1)位点进行活跃的染色质修饰,促进H2B的单泛素化并抑制基因表达,从而促进dNTP的合成并调控DNA复制及损伤修复.重要的是,本研究发现,该过程不依赖于H3K4而决定于H3K9的三甲基化.同时uH2B直接在DNA双链断裂位点富集,通过改变染色质的结构参与DNA损伤修复,该过程中可能存在其他更为复杂的分子机制.     

低温压力下水通道蛋白1b(aqp1b)基因的表达及表观调控

水通道蛋白是(aquaporins,AQPs)介导水分子被动跨膜转运的内在膜蛋白。本研究发现在低温胁迫下斑马鱼胚胎成纤维细胞(ZF4)中aqp1b基因相对表达水平显著升高,为研究低温胁迫下斑马鱼水通道蛋白(aqp1b)基因的表达调控机制,采用染色质免疫共沉淀-实时荧光定量PCR(Ch IP-q PCR)法和甲基化DNA免疫沉淀-实时荧光定量PCR(Me DIP-q PCR)法,研究低温压力下ZF4细胞中aqp1b基因启动子区域组蛋白修饰和DNA甲基化水平的变化。Ch IP-q PCR分析表明:低温处理5 d后aqp1b基因启动子区域H3K4me3(激活性组蛋白修饰标志)修饰水平比对照组显著提高3.1倍(p0.05);而H3K27me3(抑制性组蛋白修饰标志)修饰水平比对照组显著降低2.1倍(p0.01)。Me DIP-q PCR分析表明:低温处理组aqp1b基因启动子区域甲基化水平比对照组显著下调7.3倍(p0.01)。研究表明,低温压力下ZF4细胞中aqp1b基因的表达受到了表观遗传机制调控以适应低温压力。     

组蛋白甲基化修饰与早期胚胎发育及相关疾病的研究进展

早期胚胎发育受到表观遗传的多重级联调控.组蛋白修饰是表观遗传调控的重要组成部分,组蛋白翻译后修饰通过影响组蛋白与DNA结合的紧密程度,调控染色质状态与基因表达,参与了胚胎发育及相关疾病发生的过程.在早期胚胎发育过程中,组蛋白甲基化修饰H3K4me3, H3K27me3与H3K9me3通过协调染色质的开放与关闭参与调控发育相关基因的表达,沉默逆转录转座子以及参与经典与非经典的印记调控.早期胚胎阶段作为表观遗传重编程的关键时间窗口,在此阶段组蛋白修饰酶的表达与组蛋白修饰容易受到不良环境的影响,导致胚胎期及子代多种疾病的发生.本文详细地对组蛋白H3K4me3, H3K27me3, H3K9me3修饰在早期胚胎发育与疾病发生中的作用与功能进行了综述,为今后表观遗传学在早期胚胎发育相关疾病的干预治疗提供理论基础.     

植物组蛋白赖氨酸甲基化建立过程及其遗传性研究进展

表观遗传学主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA,组蛋白甲基化作为组蛋白修饰中的一种重要修饰,在植物体的发育和环境适应中发挥着重要作用。组蛋白甲基化主要发生在赖氨酸残基上,同时根据不同的赖氨酸位点和每个赖氨酸位点甲基化程度的不同,形成了不同的赖氨酸甲基化修饰。根据对基因的不同功能,通常将组蛋白赖氨酸甲基化修饰分为2大类:(1)能够促进基因表达的,如H3K4me3和H3K36me3;(2)能够抑制基因表达的,如H3K9me2和H3K27me3。不同的组蛋白赖氨酸甲基化去甲基化过程需要相应的阅读(reader)、书写(writer)和擦除(eraser)3种蛋白。同时,组蛋白赖氨酸甲基化的遗传性质目前还不是很清楚。综述了植物中组蛋白赖氨酸甲基化建立与去除过程,以及对组蛋白赖氨酸甲基化可遗传性的探讨。     

组蛋白赖氨酸甲基化在表观遗传调控中的作用

组蛋白赖氨酸的甲基化在表观遗传调控中起着关键作用。组蛋白H3的K4、K9、K27、K36、K79和H4的K20均可被甲基化。组蛋白H3第9位赖氨酸的甲基化与基因的失活相关连; 组蛋白H3第4位赖氨酸和第36位赖氨酸的甲基化与基因的激活相关连; 组蛋白H3第27位赖氨酸的甲基化与同源盒基因沉默、X染色体失活、基因印记等基因沉默现象有关; 组蛋白H3第79位赖氨酸的甲基化与防止基因失活和DNA修复有关。与此同时, 组蛋白的去甲基化也受到更为广泛的关注。 关键词: 组蛋白赖氨酸甲基转移酶; 组蛋白赖氨酸甲基化; 组蛋白去甲基化     

组蛋白修饰对胚胎干细胞分化过程[]的调控机制

选用人类胚胎干细胞系和由人类胚胎干细胞系分化来的神经干细胞系为研究对象,分析组蛋白修饰对胚胎干细胞分化过程的调控作用。得到了两种细胞系差异表达基因转录起始位点侧翼区域内八种组蛋白修饰的分布模式,以及组蛋白修饰功能簇。研究表明在两类细胞系中,八种组蛋白修饰谱分布模式一致,且呈现两种分布类型; H3K27ac,H3K4me3和H3K9ac组成的功能簇是保守的;H3K27me3,H3K36me3和H3K79me1组成的功能簇以及H3K9me3和H3K27me3组成的功能簇在胚胎干细胞向神经干细胞分化的过程中消失。结果揭示了组蛋白修饰对胚胎干细胞系向神经干细胞系分化过程的部分调控机制,为该分化过程分子调控机制的研究提供部分重要的理论基础。     

植物PHD结构域蛋白的结构与功能特性

植物同源结构域(plant homeodomain,PHD)是锌指结构域家族的一类转录调控因子,其最主要的功能是可以识别各种组蛋白修饰密码,包括组蛋白甲基化和乙酰化等;此外PHD结构域还可以与DNA结合。含有PHD结构域的蛋白,或者本身具有组蛋白修饰酶活性,或者可以与各类组蛋白修饰酶相互作用,还有部分与DNA甲基化相关,具有E3泛素连接酶活性,或者还可以作为染色质重塑因子,以各种不同的作用方式,在植物的生长发育过程中发挥了重要的作用。本文主要综述了结合各种类型组蛋白(包括H3K4me3/0、H3K9me3、H3R2和H3K14ac)以及DNA的PHD结构域的结构特点及其结合特异性、PHD结构域在植物中的进化保守性以及植物中已经发现的含有PHD结构域蛋白的功能及作用机制,为进一步了解该类蛋白在植物生长发育过程中如何发挥作用提供了参考。     

组蛋白去甲基化酶KDM3B结构、功能及其相关疾病研究进展

表观遗传学是研究在DNA序列不变的前提下,其他机制异常引起基因表达改变并可遗传的学科。组蛋白甲基化/去甲基化修饰是表观遗传学的重要调控机制之一,是甲基化酶和去甲基化酶动态相互作用的结果,其中H3K9的甲基化和去甲基化是近年来研究最深入的组蛋白修饰之一。组蛋白去甲基化酶KDM3B包含一个JmjC结构域,并具有固有的H3K9去甲基化活性,能够特异性去除H3K9me1/2甲基化修饰,调控基因转录、DNA损伤修复,参与细胞增殖、细胞凋亡、干细胞干性维持、肿瘤和遗传病发生发展等。该文就组蛋白去甲基化酶KDM3B的结构、作用机制、生物学功能及其成为一个临床研究和治疗的潜在药理学靶点的可能性作一综述。     

The Histone H4 Lysine 20 Monomethyl Mark,Set by PR-Set7 and Stabilized by L(3)mbt,Is Necessary for Proper Interphase Chromatin Organization

Drosophila PR-Set7 or SET8 is a histone methyltransferase that specifically monomethylates histone H4 lysine 20 (H4K20). L(3)MBT has been identified as a reader of methylated H4K20. It contains several conserved domains including three MBT repeats binding mono- and dimethylated H4K20 peptides. We find that the depletion of PR-Set7 blocks de novo H4K20me1 resulting in the immediate activation of the DNA damage checkpoint, an increase in the size of interphase nuclei, and drastic reduction of cell viability. L(3)mbt on the other hand stabilizes the monomethyl mark, as L(3)mbt-depleted S2 cells show a reduction of more than 60% of bulk monomethylated H4K20 (H4K20me1) while viability is barely affected. Ploidy and basic chromatin structure show only small changes in PR-Set7-depleted cells, but higher order interphase chromatin organization is significantly affected presumably resulting in the activation of the DNA damage checkpoint. In the absence of any other known functions of PR-Set7, the setting of the de novo monomethyl mark appears essential for cell viability in the presence or absence of the DNA damage checkpoint, but once newly assembled chromatin is established the monomethyl mark, protected by L(3)mbt, is dispensable.