蛋白激酶MSK在表观遗传学调控中的作用及其生物学意义

丝裂原和应激激活的蛋白激酶(MSK)是一类核内丝/苏氨酸蛋白激酶,参与丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)信号通路介导的下游基因转录调控和表观遗传学调控.首先,MSK是MAPK通路的下游媒介分子.在丝裂原或应激刺激下,p38或ERK激酶通过级联磷酸化激活MSK蛋白.然后,活化的MSK介导转录因子磷酸化活化和组蛋白H3的10位丝氨酸磷酸化.MSK介导的组蛋白H3磷酸化,可引发组蛋白乙酰化和甲基化修饰的动态变化,相互协同或拮抗,开放染色质结构,利于诱导型基因的表达.除组蛋白H3外,MSK直接磷酸化的下游底物还包括CREB、NF-κB等转录因子以及多个非转录相关蛋白.因此,MSK能在多层次调控基因表达和细胞功能,广泛参与肿瘤转化、炎症反应、神经突触可塑性以及心肌肥大等生物学事件.本文将简要介绍MSK蛋白的研究进展,探讨其在转录调控、表观遗传学修饰等生物学事件中的作用.     

信号转导通路与表观遗传模式在学习和记忆中的作用

海马区神经突触长时程增强(LTP)是应用最广的神经突触可塑性研究模型,为学习和记忆脑功能的基础.cAMP反应元件结合蛋白(cAMP-CREB)、Ras/细胞外信号调节激酶(Ras /ERK)等信号通路参与了学习和记忆的过程.通过组蛋白乙酰化和DNA甲基化对染色质结构进行调节,可以介导长时间、持续性的学习和记忆行为变化,其中,丝裂素活化蛋白激酶(MAPK)级联通路起到了关键作用.本文就学习和记忆形成中的信号转导、表观遗传模式及两者在学习和记忆中的作用进行综述.     

组蛋白磷酸化修饰与精子发生

组蛋白磷酸化是组蛋白氨基酸残基的磷酸化修饰,是一类重要的翻译后修饰,与有丝分裂和减数分裂的染色质压缩、染色质功能调节、转录的激活与抑制、DNA损伤修复以及物质代谢等多种机制相关。文章对国内外近10年多种代表性生物精子发生(孢子形成)的相关文献进行总结,论述了组蛋白磷酸化在精子发生中调控蛋白质作用因子的结合位点、调控减数分裂过程中的DNA复制与重组、保障正确的染色质重塑、对减数分裂后的成熟精子核的完全包装等重要功能。这些发现加深了人们对于组蛋白及其翻译后修饰在精子发生及分化中作用的理解。     

CaMK Ⅱ/HDAC4途径参与雷帕霉素对学习记忆的调节作用

雷帕霉素(rapamycin,Rap)在多种生物中有抗衰老和增强学习记忆的作用。HDAC4是Ⅱα类组蛋白去乙酰化酶(classⅡαhistone deacetylases),参与神经细胞的记忆形成及其他的功能。然而,二者在功能上的联系及雷帕霉素在学习记忆中的作用机制尚未见报告。本研究证明,HDAC4作为雷帕霉素信号途径的下游底物,雷帕霉素可通过依赖钙-钙调蛋白的蛋白激酶Ⅱ(Ca MKⅡ)/HDAC4途径调控学习记忆。小鼠水迷宫实验显示,雷帕霉素能有效改善D-半乳糖(D-galactose,Dgal)所致的学习记忆障碍,增强D-半乳糖诱导衰老小鼠和普通小鼠的学习记忆能力。已知Ca MKⅡ可修饰HDAC4的246位丝氨酸磷酸化。蛋白质印迹检测显示,雷帕霉素作用后的小脑海马细胞HDAC4(Ser246)和Ca MKⅡ(Thr286)磷酸化水平降低,而总蛋白水平无明显变化。D-半乳糖诱导衰老小鼠脑海马细胞HDAC4(Ser246)和Ca MKⅡ(Thr286)磷酸化水平较对照组无明显变化。本实验结果结合以往的研究揭示,雷帕霉素通过抑制其靶蛋白(mammalian target of rapamycin,m TOR)而减少Ca MKⅡ磷酸化水平,低磷酸化的Ca MKⅡ失去活性不能催化HDAC4磷酸化,HDAC4的磷酸化水平影响其定位和功能。本研究证明,Ca MKⅡ/HDAC4为雷帕霉素调控学习记忆的一个可能途径,而HDAC4调控学习记忆的机制还需要进一步研究。     

组蛋白修饰调节机制的研究进展

表观遗传学涉及到DNA甲基化、组蛋白修饰、染色体重塑和非编码RNA调控等内容,其中组蛋白修饰包括组蛋白的乙酰化、磷酸化、甲基化、泛素化及ADP核糖基化等,这些多样化的修饰以及它们时间和空间上的组合与生物学功能的关系又可作为一种重要的表观标志或语言,因而被称为“组蛋白密码”．相同组蛋白残基的磷酸化与去磷酸化、乙酰化与去乙酰化、甲基化与去甲基化等,以及不同组蛋白残基的磷酸化与乙酰化、泛素化与甲基化、磷酸化与甲基化等组蛋白修 饰之间既相互协同又互相拮抗,形成了一个复杂的调节网络．对组蛋白修饰内在调节机制的研究将丰富“组蛋白密码”的内涵．     

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.     

表观遗传修饰在学习记忆中的研究进展

学习记忆是大脑的重要功能.记忆的形成涉及基因转录、新蛋白质合成和突触可塑性改变等一系列分子和细胞乃至神经环路的变化.近些年研究者逐渐发现各种表观遗传修饰,包括DNA甲基化、组蛋白修饰及RNA修饰在各种学习记忆类型、记忆阶段和突触可塑性中发挥了不同程度的作用.本文阐述了参与学习记忆的不同表观遗传调控因子,为进一步理解学习记忆的机制提供一定的理论依据.     

Thr11磷酸化组蛋白H3在MCF-7细胞有丝分裂中的动态分布

组蛋白H3在氨基末端Ser10、Ser28、Thr11和Thr3等氨基酸残基的磷酸化修饰是一类在时间上和空间上与细胞有丝分裂相关的翻译后修饰事件。为了研究Thr11位点磷酸化作用的功能,利用SDS-PAGE、Western Blot、间接免疫荧光标记技术和激光共聚焦显微技术检测分析了人乳腺癌细胞(MCF-7)中Thr11磷酸化组蛋白H3在有丝分裂过程中的动态分布,以研究其在有丝分裂过程中的功能。结果显示:在MCF-7细胞中,组蛋白H3 Thr11的磷酸化发生在早前期细胞染色体的着丝粒处,成点状分布,继而在早中期达到最高水平,并以点状集中在赤道板上,在有丝分裂后期开始脱磷酸化,并于末期完成脱磷酸化。事实表明,H3 Thr11的磷酸化与细胞有丝分裂过程存在着时间和空间上的相关性。Thr11磷酸化H3只存在于着丝粒表明它可能参与有丝分裂期间功能性动原体的组成。这与Ser10磷酸化H3的分布及可能的功能截然相反。     

组蛋白H3Ser10磷酸化在草地贪夜蛾Sf9细胞有丝分裂中的动态分布

【目的】探讨表观遗传标记组蛋白H3Ser10磷酸化在草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda Sf9细胞系细胞有丝分裂中的功能。【方法】序列比对分析组蛋白H3保守性。通过固相法合成特定位点磷酸化修饰的一段组蛋白H3的肽段【RK(p S)TGGKAPRKQLC】进行抗体制备;培养Sf9细胞,通过细胞爬片制备有丝分裂的片子,统计不同时期的细胞数目;以免疫荧光标记检测组蛋白H3Ser10磷酸化抗体在不同时期的定位特点。【结果】序列比对分析发现组蛋白H3第1-60位氨基酸在大多数物种中高度保守。在草地贪夜蛾Sf9细胞中,组蛋白H3Ser10磷酸化发生在早前期细胞的核膜附近,成点状分布;随着细胞周期的进行,早中期达到最高水平,在整条染色体上集中分布。有丝分裂后期开始去磷酸化,并于末期完成去磷酸化。【结论】组蛋白H3Ser10磷酸化与Sf9细胞有丝分裂中染色质的凝缩相关。     

磷酸化组蛋白H3在小麦有丝分裂与减数分裂中的分布

在细胞周期中, 与染色质凝集偶联的一类组蛋白修饰是组蛋白H3的磷酸化.运用H3-Ser 10磷酸化的特异性抗体,通过间接免疫荧光标记检测了磷酸化组蛋白H3在小麦(Triticum aestivum L.)有丝分裂与减数分裂细胞中的分布.有丝分裂时,H3磷酸化起始于早前期,消失于末期,在中期与后期,H3磷酸化主要分布在着丝粒两侧的异染色质区.减数分裂时,H3磷酸化起始于细线期向偶线期转换时,并且从前期Ⅰ到后期Ⅰ保持均一分布于整个染色体上,直到末期Ⅰ消失,而中期Ⅱ与后期Ⅱ在着丝粒两侧的异染色质区的信号略强于染色体臂,直至消失于末期Ⅱ.磷酸化组蛋白H3在两类细胞分裂中的不同分布暗示这种保守的翻译后修饰可能发挥着除参与染色体凝集外的更复杂的作用.