组蛋白赖氨酸甲基化修饰与肿瘤

对组蛋白甲基化修饰认识已有相当长的时间,但直到最近几年由于组蛋白甲基化修饰酶的发现才使人们逐渐认识到组蛋白甲基化修饰有广泛的生物学功能,像异染色质形成、X染色体失活、转录调节、干细胞的维持和分化等,组蛋白甲基化修饰的改变与某些人类疾病和肿瘤也有一定关系。组蛋白修饰是可逆性的,这为某些疾病的治疗提供了新的可能。     

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。     

组蛋白甲基化修饰效应分子的研究进展

作为一种重要的表观遗传学调控机制,组蛋白甲基化修饰在多种生命过程中发挥了重要的作用。细胞内有多种组蛋白甲基化酶和去甲基化酶共同调节组蛋白的修饰状态,在组蛋白甲基化状态确定后,多种效应分子特异的读取修饰信息,从而参与基因转录调控过程。文章从组蛋白甲基化效应分子的作用机制方面综述了这一领域的研究进展。     

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．     

组蛋白赖氨酸甲基转移酶与肿瘤

组蛋白甲基化是继乙酰化研究之后的又一热点。核小体组蛋白尾部赖氨酸残基的甲基化反应是由一类具有SET结构域的蛋白酶催化的,新近研究发现该结构域有一个新的蛋白质折叠和支架。与这类酶结合底物及其催化活性密切相关。这类酶与肿瘤的发生密切相关。深入研究其结构与功能的关系有助于最终解开基因精细调控的奥秘。     

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.     

非组蛋白甲基化研究进展

蛋白质的翻译后修饰主要包括磷酸化、乙酰化、泛素化以及甲基化,在调节蛋白质结构和功能上起到重要作用。目前对于蛋白质甲基化研究最多的是组蛋白甲基化。除了组蛋白,赖氨酸、精氨酸甲基化也发生在非组蛋白。近年来,越来越多的非组蛋白甲基化被发现,非组蛋白甲基化在肿瘤发生发展中同样具有重要意义。本文就此方面的进展作简要概述。     

组蛋白H3K36甲基化与疾病

组蛋白H3K36位点可以发生甲基化修饰,其修饰状态受到H3K36甲基转移酶和去甲基化酶的动态调控。H3K36的甲基化修饰可引起多种生物学效应,如参与基因的转录激活或抑制、剂量补偿以及基因的选择性剪接等。H3K36甲基化修饰状态的异常与很多疾病相关,因此全面了解H3K36甲基化对于该类疾病的诊断和治疗具有重要意义。     

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。     

新型组蛋白赖氨酸酰基化修饰调控的基因转录及疾病

染色质是人类遗传信息的载体,位于染色质上的基因在不同的时空条件下的精准表达调控与DNA的可接触性和染色质相关复合物的密切关联。组蛋白是染色质的重要组成成份,组蛋白上的多种化学修饰,例如乙酰化、甲基化和磷酸化等构成组蛋白密码,实时调控染色质的开放程度及转录调节复合物与染色质的结合,导致基因转录的激活或抑制。随着高分辨率质谱和专一性化学修饰抗体制备技术的提高,一系列新型组蛋白赖氨酸酰基化修饰,例如巴豆酰化、乳酸酰化和琥珀酰化等被发现,进一步扩展了组蛋白密码的多样性,显著增加了组蛋白密码调控基因转录的复杂性。本文着重概述了新近发现的赖氨酸巴豆酰化、乳酸酰化、琥珀酰化、异丁酰化、甲基丙烯酰化和异烟酰化等新型组蛋白赖氨酸酰基化修饰的书写、阅读及擦除的动态调控分子机制,总结了这些组蛋白酰基化修饰在基因表达中的功能及调控机制,阐述了新型组蛋白酰基化修饰与人类疾病的关联,提出新型组蛋白酰基化修饰研究面临的挑战和未来研究的方向。     

组蛋白甲基化的研究进展

组蛋白甲基化是细胞中一种普遍而重要的表观遗传修饰方式,由组蛋白甲基转移酶完成.对组蛋白甲基化修饰认识已有相当长的时间,但直到最近几年由于组蛋白甲基化修饰酶的发现才使人们逐渐认识到组蛋白甲基化修饰有广泛的生物学功能.本文拟从组蛋白甲基转移酶、组蛋白甲基化的功能以及组蛋白甲基化与DNA甲基化的关系等方面综述这一领域的研究进展.     

组蛋白赖氨酸甲基化修饰与先天性心脏病研究进展

组蛋白修饰是表观遗传调控的一个重要组成部分, 它通过改变染色质的结构以及与其他调控蛋白相互作用, 调节真核基因的表达。组蛋白修饰异常可能导致多种疾病的发生, 同时, 组蛋白修饰的可逆性为疾病的治疗提供了新的思路。文章主要对组蛋白赖氨酸甲基化修饰与先天性心脏病发生的有关机制进行了综述, 以期能够为从事该领域研究的科研人员提供有价值的参考。     

组蛋白赖氨酸甲基转移酶2D调控H9c2细胞中HIF-1α/VEGF通路

组蛋白赖氨酸甲基转移酶2D (histone-lysine N-methyltransferase 2D, KMT2D) 作为主要的组蛋白3第4位赖氨酸 (H3K4) 甲基转移酶,在调控胚胎发育、组织分化、代谢和肿瘤抑制方面发挥重要作用。在小鼠体内,敲除Kmt2d会导致严重的心脏发育缺陷最终造成胚胎期死亡。低氧诱导因子-1α (hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α) 作为调节细胞应对低氧的关键转录因子,能够调控多种下游基因转录。有相关研究揭示,表观遗传调控者能够调节HIF-1α的稳定性和活性。同样,作为表观遗传调控者的组蛋白甲基转移酶KMT2D是否参与低氧条件下HIF-1α对下游基因的调控,目前仍未知。在本研究中,观察在Kmt2d正常或缺乏的情况下,心肌细胞H9c2对低氧环境的应答反应。结果显示,与常氧条件相比,低氧状态下HIF-1α、组蛋白乙酰化酶P300、KMT2D及其介导的H3K4一甲基化 (H3K4 mono-methylation, H3K4me1)的蛋白质水平增加 (P<0.05);HIF-1α下游基因血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor, Vegf) 的mRNA表达水平明显上调 (P<0.01)。染色质免疫共沉淀实验 (chromatin immunoprecipitation assay, ChIP-qPCR) 检测结果显示,H3K4me1和组蛋白3第27位赖氨酸乙酰化 (histone 3 lysine 27 acetylation, H3K27ac) 在Vegf基因启动子区域的结合丰度明显增加 (P<0.05)。低氧条件下沉默Kmt2d之后,H3K4me1蛋白水平和Vegf的mRNA表达下降 (P<0.05)。本研究表明,低氧条件下KMT2D参与调控HIF-1α和下游基因Vegf的表达。     

组蛋白乙酰化、DNA甲基化在肿瘤发生中的作用

组蛋白乙酰化和DNA甲基化调控基因表达的两种主要方式,目前认为组蛋白乙酰化和DNA低甲基化可促进基因表达,而组蛋白去乙酰化和DNA高甲基化可抑制基因表达,组蛋白乙酰化和DNA甲基化这两种分子机制相互协调,实现基因表达的精细调控。     

组蛋白赖氨酸甲基转移酶2D调控H9c2细胞中HIF-1α/VEGF通路

组蛋白赖氨酸甲基转移酶2D (histone-lysine N-methyltransferase 2D, KMT2D) 作为主要的组蛋白3第4位赖氨酸 (H3K4) 甲基转移酶,在调控胚胎发育、组织分化、代谢和肿瘤抑制方面发挥重要作用。在小鼠体内,敲除Kmt2d会导致严重的心脏发育缺陷最终造成胚胎期死亡。低氧诱导因子-1α (hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α) 作为调节细胞应对低氧的关键转录因子,能够调控多种下游基因转录。有相关研究揭示,表观遗传调控者能够调节HIF-1α的稳定性和活性。同样,作为表观遗传调控者的组蛋白甲基转移酶KMT2D是否参与低氧条件下HIF-1α对下游基因的调控,目前仍未知。在本研究中,观察在Kmt2d正常或缺乏的情况下,心肌细胞H9c2对低氧环境的应答反应。结果显示,与常氧条件相比,低氧状态下HIF-1α、组蛋白乙酰化酶P300、KMT2D及其介导的H3K4一甲基化 (H3K4 mono-methylation, H3K4me1)的蛋白质水平增加 (P<0.05);HIF-1α下游基因血管内皮生长因子 (vascular endothelial growth factor, Vegf) 的mRNA表达水平明显上调 (P<0.01)。染色质免疫共沉淀实验 (chromatin immunoprecipitation assay, ChIP-qPCR) 检测结果显示,H3K4me1和组蛋白3第27位赖氨酸乙酰化 (histone 3 lysine 27 acetylation, H3K27ac) 在Vegf基因启动子区域的结合丰度明显增加 (P<0.05)。低氧条件下沉默Kmt2d之后,H3K4me1蛋白水平和Vegf的mRNA表达下降 (P<0.05)。本研究表明,低氧条件下KMT2D参与调控HIF-1α和下游基因Vegf的表达。     

质谱检测叶酸缺乏人胚肾细胞中低组蛋白H3赖氨酸79甲基化修饰

目的：探讨叶酸（Folic acid,FA）缺乏在培养的人胚肾细胞（HEK-293）中对细胞组蛋白修饰水平的影响。方法：人胚肾细胞分两组培养,一组正常培养,一组无叶酸培养。细胞提取组蛋白后通过高效液相色谱一线性离子阱/静电场轨道阱高分辨质谱（HPLC-LTQ/Orbitrap Ms）检测组蛋白的修饰以比较叶酸缺乏对人胚肾细胞组蛋白修饰的影响。结果：用高分辨质谱方法成功检测到人胚肾细胞的五个组蛋白变体H1,H3,H4,H2a和H2b上的33个组蛋白修饰位点,其中23个修饰位点为uniprot数据库上已经报道的组蛋白修饰位点,而其余10个为未报道修饰位点。通过质谱比较正常和叶酸缺乏组人胚肾细胞修饰谱发现H3K79me1和H3K79me2在叶酸缺乏培养组中检出率较低。进一步用蛋白免疫印迹的方法也证明了在叶酸缺乏的人胚肾细胞中H3K79me1水平低于正常培养组。结论：细胞中叶酸缺乏影响组蛋白甲基化包括H3K79me2和H3K79me1修饰水平,提示细胞外营养因素叶酸水平可影响组蛋白修饰水平从而参与疾病如神经管畸形（Neural tube defect,NTD）的发生。     

质谱检测叶酸缺乏人胚肾细胞中低组蛋白H3赖氨酸79甲基化修饰

目的:探讨叶酸(Folic acid,FA)缺乏在培养的人胚肾细胞(HEK-293)中对细胞组蛋白修饰水平的影响。方法:人胚肾细胞分两组培养,一组正常培养,一组无叶酸培养。细胞提取组蛋白后通过高效液相色谱一线性离子阱/静电场轨道阱高分辨质谱(HPLC-LTQ/Orbitrap Ms)检测组蛋白的修饰以比较叶酸缺乏对人胚肾细胞组蛋白修饰的影响。结果:用高分辨质谱方法成功检测到人胚肾细胞的五个组蛋白变体H1,H3,H4,H2a和H2b上的33个组蛋白修饰位点,其中23个修饰位点为uniprot数据库上已经报道的组蛋白修饰位点,而其余10个为未报道修饰位点。通过质谱比较正常和叶酸缺乏组人胚肾细胞修饰谱发现H3K79me1和H3K79me2在叶酸缺乏培养组中检出率较低。进一步用蛋白免疫印迹的方法也证明了在叶酸缺乏的人胚肾细胞中H3K79me1水平低于正常培养组。结论:细胞中叶酸缺乏影响组蛋白甲基化包括H3K79me2和H3K79me1修饰水平,提示细胞外营养因素叶酸水平可影响组蛋白修饰水平从而参与疾病如神经管畸形(Neural tube defect,NTD)的发生。