基于DNA弯曲度的H2A.Z核小体定位与修饰研究

在真核生物染色质中,H2A.Z是高度保守的组蛋白变异体,与转录调控、基因组的稳定性密切相关。为了探讨组蛋白修饰、DNA弯曲度与H2A.Z核小体定位三者之间的关联,在得到实验所测的相关数据后,利用MINE算法并结合皮尔逊相关系数在酵母全基因组的转录起始位点周围探讨了三者间的线性与非线性关系。其中MIC算法可以定量的得出数据之间关联度大小的值,用于衡量数据之间是否存在着关联,而皮尔逊相关系数则用于检查是否为线性关联。结果除了发现大部分组蛋白修饰种类和核小体定位之间存在着线性关联外,还探测到有两种组蛋白修饰数据(H4ac修饰与GCN4修饰)和核小体定位数据之间存在着以往未发现的非线性关系(大致呈正余弦函数),并从数据的生物背景(组蛋白修饰与核小体位置)上探讨了出现非线性现象的原因。     

通过系统分析揭示组蛋白修饰模式与转录因子结合之间的关联

转录因子对顺势调控元件的选择性结合,在哺乳动物细胞类型特异的基因表达中扮演重要的角色.这个过程受到染色质表观遗传状态的潜在调控.近期,染色质免疫共沉淀结合测序的研究提供了大量泛基因组水平的数据,阐述转录因子结合以及组蛋白修饰的位点,这为系统地研究转录因子和表观遗传标记之间的空间及调控关系提供了基础.该研究对公共数据库中的染色质免疫共沉淀结合测序数据进行整合分析,涉及5个细胞系中的85种转录因子、9种组蛋白修饰,目的是研究转录因子结合位点与组蛋白修饰模式以及基因表达在泛基因组水平上的关联.作者发现,不同转录因子与组蛋白修饰的共定位模式高度一致,并且组蛋白修饰在距离转录因子结合位点约500碱基对的位置富集.作者还发现,转录因子结合位点的占有率与活性组蛋白修饰的水平和双峰模式正相关,并且启动子区域组蛋白修饰的双峰和共定位模式和基因的高转录水平相一致.组蛋白修饰模式、转录因子结合位点的占有率与基因转录之间的关联暗示了细胞可能利用的基因表达调控机制.     

人类干细胞启动子区CG含量与组蛋白修饰的相关性北大核心CSCD

组蛋白修饰与基因的转录表达关系密切,是表观遗传学的主要内容之一。启动子是调控基因表达的重要元件之一。按照Cp G含量的不同,可以将启动子分为高Cp G含量(HCG)和低Cp G含量(LCG)两类。通过比较人类H1细胞系中16种组蛋白修饰在HCG启动子及LCG启动子上的分布,发现大部分组蛋白修饰在整个启动子区域都是HCG启动子的修饰水平较高,个别组蛋白修饰在启动子的部分区域上是LCG启动子的修饰水平较高;计算了两类启动子中不同组蛋白修饰之间的相关系数,分别得到了HCG启动子和LCG启动子中特有及共有的组蛋白修饰簇;选取了10个与干细胞自我更新相关的关键转录因子基因,对这10个基因的启动子进行了HCG和LCG分类,并得到了每个启动子上组蛋白修饰的分布特异性。这些结果为研究CG含量对于不同组蛋白修饰的影响,以及组蛋白修饰与CG含量共同调控干细胞自我更新的机制,提供了一些理论依据。     

人类干细胞启动子区CG含量与组蛋白修饰的相关性

组蛋白修饰与基因的转录表达关系密切,是表观遗传学的主要内容之一。启动子是调控基因表达的重要元件之一。按照Cp G含量的不同,可以将启动子分为高Cp G含量(HCG)和低Cp G含量(LCG)两类。通过比较人类H1细胞系中16种组蛋白修饰在HCG启动子及LCG启动子上的分布,发现大部分组蛋白修饰在整个启动子区域都是HCG启动子的修饰水平较高,个别组蛋白修饰在启动子的部分区域上是LCG启动子的修饰水平较高;计算了两类启动子中不同组蛋白修饰之间的相关系数,分别得到了HCG启动子和LCG启动子中特有及共有的组蛋白修饰簇;选取了10个与干细胞自我更新相关的关键转录因子基因,对这10个基因的启动子进行了HCG和LCG分类,并得到了每个启动子上组蛋白修饰的分布特异性。这些结果为研究CG含量对于不同组蛋白修饰的影响,以及组蛋白修饰与CG含量共同调控干细胞自我更新的机制,提供了一些理论依据。     

组蛋白甲基转移酶的研究进展

组蛋白的甲基化修饰主要是由一类含有SET结构域的蛋白来执行的, 组蛋白甲基化修饰参与异染色质形成、基因印记、X染色体失活和转录调控等多种主要生理功能, 组蛋白的修饰作用是表观遗传学研究的一个重要领域。组蛋白甲基化的异常与肿瘤发生等多种人类疾病相关, 可以特异性地激活或者抑制基因的转录活性。研究发现, 组蛋白甲基转移酶的作用对象不仅仅限于组蛋白, 某些非组蛋白也可以被组蛋白甲基转移酶甲基化, 这将为探明细胞内部基因转录、信号转导、甚至个体的发育和分化机制提供更广阔的空间。     

组蛋白修饰酶对基因转录的调控

基因在转录过程中,需招募多种组蛋白修饰酶来对组蛋白进行化学修饰,这些化学修饰包括:组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化和SUMO化等.大多数组蛋白修饰酶能与不同的转录因子形成复合物,并引起组蛋白和DNA之间相互作用的改变,从而调控基因的转录.本文总结了各种组蛋白修饰酶复合物的组成、结构及功能方面的研究进展.     

SUMO在转录中的抑制作用

许多调控基因转录的重要蛋白质能被SUMO (small ubiquitin-related modifier)化修饰,这些蛋白质包括转录因子,转录辅助因子和染色质修饰酶.SUMO化修饰对底物蛋白的活性产生影响,在大多数情况下,与转录活性的抑制有关.最近,对SUMO化调控转录的机制有了新的认识,认为SUMO化的一个重要作用是促进转录因子与转录抑制因子之间的相互作用.另一方面,已经发现转录共抑制因子HDAC (组蛋白去乙酰化酶)可以作为SUMO化的底物、效应因子和调控因子,说明乙酰化和SUMO化之间复杂的相互作用对基因转录调控起着非常重要的作用.     

果蝇组蛋白去乙酰化酶HDAC1和HDAC3选择性调控形态发生素靶基因转录

在真核细胞中,组蛋白的乙酰化状态对于基因转录的正常进行具有重要的调控作用。组蛋白的乙酰化修饰由组蛋白乙酰转移酶(histone acetyltransferases,HATs)执行,这种修饰是动态的、可逆的,负责去乙酰化修饰的酶是组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs),推测HDACs可能通过影响组蛋白的乙酰化状态在基因的转录过程中发挥调控作用。该文以组蛋白去乙酰化酶HDAC1和HDAC3为对象,研究了它们在果蝇翅膀发育过程中对Wg(Wingless)、Hh(Hedgehog)以及Dpp(Decapentaplegic)信号通路下游靶基因转录的调控作用。结果发现,HDAC1功能缺失可导致Dpp下游靶基因Omb(optomotor-blind)和Hh下游靶基因Ptc(patched)的表达上调。Real-time quantitative PCR(RT-q PCR)结果显示,在HDAC1基因敲除的果蝇中,Ptc、Ci(cubitus interruptus)以及Omb的转录水平增加。HDAC3缺失导致Sal(spalt)的表达上调。RT-q PCR结果证实了HDAC3基因敲除果蝇的Sal转录增加,同时发现Vg(vestigial)的转录下降。而过表达HDAC1或HDAC3对下游靶基因的表达则没有影响。综上所述,该研究表明,HDAC1和HDAC3可以选择性地调控形态发生素下游靶基因的转录。     

组蛋白乙酰化／去乙酰化作用与真核基因转录调控

核小体组蛋白的翻译后修饰是真核基因转录调控中的关键步骤。对于组蛋白的这类修饰方式 ,近年来研究最为活跃的是组蛋白Ｎ末端区域保守的Ｌｙｓ上ε ＮＨ 3 的乙酰化作用。随着各种组蛋白乙酰化酶 /去乙酰化酶被克隆、鉴定 ,组蛋白乙酰化 /去乙酰化作用与真核基因转录调控之间的关系也开始逐步得以阐明。1 .真核转录相关的组蛋白乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶1 .1　组蛋白乙酰化酶 (ｈｉｓｔｏｎｅａｃｅｔｙｌｔｒａｎｓ ｆｅｒａｓｅ ,ＨＡＴ)　　核小体组蛋白中Ｎ末端区域上保守的Ｌｙｓ的乙酰化是染色质具有转录活性的标志之一。在组蛋白…     

植物SET蛋白

SET蛋白是一类包含保守的SET结构域、与组蛋白甲基化密切相关的蛋白质。组蛋白修饰作为调控基因表达的重要因素,在植物体基因转录调控中发挥关键的作用。有关SET蛋白的研究为深入了解组蛋白修饰的机制提供了重要信息。植物SET蛋白具有保守的结构特征及进化机制,参与众多细胞核内的反应过程,如染色体的浓缩和分离,基因的转录,以及DNA的复制和修复等,调控植物基因的表达,影响植物体的发育。     

组蛋白共价修饰——组蛋白H3第4赖氨酸甲基化

染色体组蛋白的共价修饰在调节染色体结构,控制基因的转录等方面发挥重要的作用。组蛋白H3第4赖氨酸的甲基化作为共价修饰的方式之一,可以调控基因的转录激活。随着对组蛋白甲基化转移酶及相关作用蛋白研究的深入,人们对组蛋白H3第4赖氨酸的甲基化的功能也有了更深的了解。目前研究发现它与癌症也有很密切的关系。     

染色质修饰酶在记忆中的作用

学习记忆的形成依赖于转录机制.近年研究发现,染色质修饰在基因表达调节中起重要作用.组蛋白乙酰化和去乙酰化是染色质修饰中最为常见调节方式,参与基因的转录调控.乙酰化可以激活转录,促进记忆的形成.组蛋白去乙酰化酶抑制剂可以增强突触可塑性,改善记忆损伤.因此,对于染色质修饰的深入研究,不仅有助于阐明记忆形成的分子机制,而且对记忆相关疾病的治疗以及新药物研发也具有重要指导意义.本文主要就组蛋白乙酰转移酶调节基因转录以及组蛋白去乙酰化酶抑制剂促进记忆形成的作用机理进行综述.     

芽殖酵母和裂殖酵母中异染色质形成机制

芽殖酵母(Saccharomyces cerevisiae)和裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)是用来研究异染色质形成、细胞周期、DNA复制等重要细胞功能的理想单细胞真核生物.本文主要介绍这2种酵母中异染色质形成的机制.异染色质是一种抑制基因转录和DNA重组的特殊染色质结构.尽管在芽殖酵母和裂殖酵母中异染色质形成都需要组蛋白修饰,但异染色质建立的机制不同.在芽殖酵母中参与异染色质形成的主要蛋白是Sir1-4蛋白（其中Sir2为组蛋白H3去乙酰化酶）,而组蛋白H3赖氨酸9甲基化酶Clr4和异染色质蛋白Swi6在裂殖酵母异染色质形成中起关键的作用.在这两个酵母中,参与异染色质形成的组蛋白修饰蛋白由DNA结合蛋白招募到异染色质.此外,裂殖酵母也利用RNA干扰系统招募组蛋白修饰蛋白.     

国内简讯

表观遗传学研究取得新进展北京大学生命科学学院陶伟课题组的研究发现,在核糖体基因启动子区,除转录活跃和转录抑制2种状态的启动子外,还存在另外一类介于转录活跃和转录抑制中间状态的启动子,其核小体处于转录关闭的位置,但却是去甲基化。同时,伴随着活跃和抑制性的组蛋白修饰,这类启动子上装配有转录起始复合体的前     

超高深度巴豆酰化修饰组学分析揭示其在DNA同源重组修复中的重要作用

正近年来,巴豆酰化修饰作为蛋白质翻译后修饰研究的快车道上的一匹"黑马", 各类突破性成果不断涌现。自2011年芝加哥大学赵英明教授研究团队首次在组蛋白上发现巴豆酰化修饰起,围绕组蛋白巴豆酰化的产生、消除和识别机制的研究成为热点,其在生殖发育、肿瘤发生、转录调控、能量代谢等各方面的作用也被相继揭示出来。新近研究表明,巴豆酰化修饰并不局限于发生在组蛋白上,巴豆酰化修饰同样也可以发生在非组蛋白上,这提示我们巴豆酰化修饰的意义远比我们想象的更为重     

组蛋白精氨酸甲基化修饰对基因转录的调控

总结了组蛋白精氨酸甲基化修饰体系的最新研究进展．组蛋白精氨酸甲基化修饰在基因转录调控中发挥着十分重要的作用,这类修饰由蛋白精氨酸甲基转移酶（PRMTs）介导,其中PRMT1和PRMT4的甲基化修饰与基因的转录激活作用相关,PRMT5和PRMT6的甲基化修饰则与基因的转录抑制作用相关．组蛋白精氨酸的甲基化是一个动态的可逆过程,催化组蛋白精氨酸的去甲基化是由“精氨酸去甲基化酶”介导的．     

组蛋白的泛素化与去泛素化修饰

泛素在真核生物体内广泛存在,泛素化修饰是转录后的修饰方式之一;组蛋白是染色质的主要成分之一,与基因的表达有密切关系。组蛋白的泛素化修饰与经典的蛋白质的泛素调节途径不同,不会导致蛋白质的降解,但是能够招募核小体到染色体、参与X染色体的失活、影响组蛋白的甲基化和基因的转录。组蛋白的去泛素化修饰同样与染色质的结构及基因表达密切相关。组蛋白的泛素化和磷酸化、乙酰化、甲基化修饰之间还存在协同和级联效应。     

人Piwi基因突变致男性不育的机制研究

大量遗传学研究表明,Piwi蛋白对于动物生殖系细胞发育具有至关重要的作用,Piwi基因敲除致动物不育。人Piwi(Hiwi)基因特异性地在雄性生殖细胞表达,但目前对其在人精子发生中的作用及其与男性不育的联系还知之甚少。该研究通过筛查临床男性不育样本发现,少弱精症患者Hiwi基因中存在拮抗泛素化修饰的D-box元件突变;通过构建基因敲入小鼠模型证实,该突变导致雄性不育。机制研究表明,小鼠Piwi(Miwi)D-box突变致MIWI蛋白异常稳定存在于后期精子细胞中,导致与其相互作用的组蛋白泛素连接酶RNF8(ring finger protein 8)被扣留于细胞质、不能入核催化组蛋白泛素化修饰,进而抑制组蛋白被鱼精蛋白替换,引发精子形成异常、雄性不育。该研究发现了男性不育的一类新型致病基因突变,并发现了Piwi蛋白具有调控组蛋白泛素化修饰的新功能,揭示了精子形成中调控组蛋白–鱼精蛋白转换的重要机制。     

组蛋白甲基化研究进展

组蛋白甲基化是表观遗传修饰方式中的一种,参与异染色质形成、基因印记、X染色体失活和基因转录调控.组蛋白甲基化过程的异常参与多种肿瘤的发生.既往认为组蛋白甲基化是稳定的表观遗传标记,而组蛋白去甲基化酶的发现对这一观点提出了挑战,也为进一步深入研究组蛋白修饰提供新的途径.     

组蛋白赖氨酸的脱甲基化

组蛋白甲基化修饰调节染色质结构与基因转录,影响细胞分化与个体发育。2004年Shi等鉴定了第一个组蛋白脱甲基酶:赖氨酸特异性脱甲基酶1(lysinespecificdemethylase1,LSD1)。这个发现是“组蛋白密码”学说的重要进展,标志着组蛋白脱甲基化研究的开始。