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．     

组蛋白尾部的共价修饰

核小体是构成染色质的基本结构单位,它使得染色质中DNA、RNA和蛋白质组织成为一种致密的结构形式。其中组蛋白尾部区域常常发生形式多样的翻译后修饰。这包括乙酰化、磷酸化、甲基化、泛蛋白化以及ADP核糖基化。存在于一个或更多的组蛋白尾部的相应的修饰,形成了一种“组蛋白密码”,许多的蛋白质因子对其加以识别,从而引发一系列的下游过程。     

植物同源结构域(PHD结构域)——组蛋白密码的解读器

植物同源结构域(plant homeodomain,PHD结构域),是真核生物中一种进化保守的锌指结构域.多种调控基因转录、细胞周期、凋亡的蛋白质含有PHD结构域.研究表明,PHD结构域涉及多种功能,包括蛋白质相互作用,特别是同核小体组蛋白的作用.目前认为,各种组蛋白修饰(包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等)的模式和组合,调节染色质状态和基因转录活性,并提出了组蛋白密码理论.PHD指结构域能特异性识别组蛋白的甲基化(修饰)密码,可能是组蛋白密码的一种重要解读器.     

组蛋白翻译后修饰技术研究进展

翻译后修饰调控着真核生物大部分蛋白质的活性,这些修饰的解读对研究生物功能是必不可少的。组蛋白翻译后修饰是蛋白质翻译后修饰中研究的较好一类小分子碱性蛋白,易被各种生物大分子修饰,尤其易发生在N-末端的尾部。不同组合式修饰构成了"组蛋白密码",在细胞的发育、生长、分化和动态平衡中,组蛋白密码影响着染色体的结构状态,进而调控基因的表达状态。组蛋白翻译后修饰的研究可作为一种模式来解析蛋白质复杂的修饰状态及研究其分子功能。翻译后修饰分析技术的发展对组蛋白密码的解析是至关重要的。重点讨论组蛋白修饰分析技术的发展和应用。     

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。     

组蛋白修饰及其生物学效应

组蛋白是染色质的主要成分之一,其氨基端的氨基酸残基可以被共价修饰,进而改变染色质构型,导致转录激活或基因沉默。组蛋白修饰除了简单地调控基因表达,更在于它可以招募蛋白复合体,影响下游蛋白,从而参与细胞分裂、细胞凋亡和记忆形成,甚至影响免疫系统和炎症反应等。不仅如此,最近的研究表明,组蛋白修饰与CTD密码、生物节律、DNA修复之间也存在一定的联系。这些发现证明了组蛋白修饰的重要性。在组蛋白的密码形成与密码破译、修饰级联与招募蛋白质过程中,蛋白复合体的特殊结构域起到的中介作用都是无法替代的。因此,这些特殊结构域将是了解"组蛋白密码"的关键。目前质谱分析等技术的广泛应用,正使得许多新的结构域不断被发现。文章旨在对组蛋白密码的基本内容作一述评,同时对可能的研究热点进行展望。     

组蛋白变体及组蛋白替换

组蛋白作为核小体的基本组分,是染色质的结构和功能必需的。对于不同状态的染色质,核小体中会组装入相应的组蛋白变体,并且各种组蛋白变体的尾部也能发生多种修饰。这些变体通过改变核小体的空间构象和稳定性,决定基因转录的激活或沉默,DNA的修复,染色体的异染色化等。在组蛋白替换过程中,组蛋白变体是通过相应的染色质重构复合物组装入核小体,不同的变体有着不同的组装途径。对组蛋白变体的研究是近年来表观遗传学新的研究热点,也是对“组蛋白密码”的新的诠释。并且,组蛋白替换揭示了DNA-组蛋白相互作用变化的一种新的机制。

     

组蛋白翻译后修饰在减数分裂中作用机制的研究进展

减数分裂是有性生殖生物产生单倍体配子和遗传多样性的基础。在这一过程中,DNA复制一次,细胞连续分裂两次,形成四个染色体数目为母细胞一半的配子。在减数分裂前期,同源染色体依次进行配对、联会、重组和分离,亲本的染色体被正确分配到配子中,实现遗传物质在生物世代间的稳定传递。组蛋白翻译后修饰是重要的表观遗传调控机制之一,包括组蛋白甲基化(methylation, me)、酰基化(acylation, ac)、磷酸化(phosphorylation, ph)、泛素化(ubiquitination,ub)等。组蛋白修饰的建立、识别、擦除以及不同组蛋白修饰间的交叉会话揭示了一种“组蛋白密码”,参与了DNA复制、损伤修复、基因表达和染色质构象改变,在减数分裂多个阶段发挥重要作用。该文综述了近年来对组蛋白翻译后修饰参与减数分裂重要生物学事件的研究进展,并为后续研究内容和方向提供了新的见解。     

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。     

综述: 非组蛋白甲基化修饰的研究进展

非组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上的甲基化修饰已经被证明是一种普遍的蛋白质翻译后修饰方式,在生命活动中发挥重要作用．甲基化修饰方式的多样性以及它们与其他修饰之间的交互作用(crosstalk)复杂但精细地调控了基因表达、蛋白质活性及稳定性、DNA复制及基因组稳定性、RNA加工等多种功能．本文将对非组蛋白的甲基化修饰特征进行总结,归纳近些年来已报道的甲基化修饰酶、修饰位点及这些位点的生物学功能,并将特别阐述不同蛋白质修饰之间的交互作用,概述鉴定非组蛋白甲基化修饰的方法．     

非组蛋白甲基化修饰的研究进展

非组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上的甲基化修饰已经被证明是一种普遍的蛋白质翻译后修饰方式,在生命活动中发挥重要作用.甲基化修饰方式的多样性以及它们与其他修饰之间的交互作用(crosstalk)复杂但精细地调控了基因表达、蛋白质活性及稳定性、DNA复制及基因组稳定性、RNA加工等多种功能.本文将对非组蛋白的甲基化修饰特征进行总结,归纳近些年来已报道的甲基化修饰酶、修饰位点及这些位点的生物学功能,并将特别阐述不同蛋白质修饰之间的交互作用,概述鉴定非组蛋白甲基化修饰的方法.     

异染色质及基因关闭

异染色质普遍存在于真核生物的染色质中,和细胞分裂、生存竞争等有密切关系,尤其在调节基因的活性上有重要作用。组蛋白尾的修饰,决定着异染色质的形成和解聚,从而控制基因的启闭,这一机制被称为组蛋白密码。本文以裂殖酵母的交配型区为例介绍了异染色质的的形成及维持机理。组蛋白密码可能是DNA遗传密码外生命的又一调节机制,而对异染色质形成和结构功能的研究,将成为破译组蛋白密码的钥匙。     

植物组蛋白密码研究进展

组蛋白密码学说提出后,大大丰富了人们对遗传信息的认识,使得组蛋白修饰的研究备受瞩目.近年来包括组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等在内的多种共价化学修饰在植物生长发育过程中参与基因表达调控的作用机制逐渐被阐明,组蛋白各种修饰之间的相互关系也有了进一步的认识.随着研究的深入,将加快组蛋白密码的破译,帮助我们认清植物基因表达调控的本质.     

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。     

表观遗传因素在RNA剪接过程中的作用

RNA剪接是真核生物基因表达过程中的重要环节,增加了蛋白质的多样性和基因表达的可调节性. 日益增多的研究表明,RNA剪接并不是独立的生物过程.RNA Ⅱ型聚合酶(RNA polymerase-Ⅱ, RNA Pol Ⅱ)、核小体定位和组蛋白修饰等因素都与RNA剪接过程密切相关.阐明RNA Pol Ⅱ、核小体定位和组蛋白修饰等因素在RNA剪接过程中的作用,将为剪接位点的准确识别和剪接调控机制的研究提供新思路.本文综述了RNA Pol Ⅱ、核小体定位和组蛋白修饰等因素对RNA剪接的影响以及它们在RNA剪接过程中的调控作用.     

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…     

酿酒酵母组蛋白乙酰化修饰及其对基因表达的调控

真核生物核小体组蛋白修饰引起染色质重塑(Chromatin remodeling)是表观遗传的重要调控机制.乙酰化修饰(Acetylation modification)是其中一种重要的方式.组蛋白乙酰化修饰位点集中在各种组蛋白N末端赖氨酸残基上.细胞内存在功能拮抗的多种乙酰基转移酶和去乙酰化酶,二者相互竞争,共同调节组蛋白的乙酰化状态,通过影响核小体结构的致密性,并在多种效应分子的参与下,实现对基因的表达调控.以真核模式生物酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为对象,综述乙酰基转移酶和去乙酰化酶的种类、作用特点以及其基因调控的分子机制等方面的最新研究进展.     

组蛋白乙酰化/去乙酰化与基因表达调控

组蛋白是真核生物染色质的主要成分,组蛋白修饰(如甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等)在真核生物基因表达调控中发挥着重要的作用.在这些修饰中,组蛋白乙酰化/去乙酰化尤为重要.组蛋白乙酰化/去乙酰化可通过改变染色质周围电荷或参与染色质构型重建而影响基因表达;更重要的是组蛋白乙酰化/去乙酰化可形成一种特殊的“密码”,被其它蛋白质识别,影响多种蛋白质因子的活动或与其相互作用,参与到基因表达调控的整个网络中.     

组蛋白泛素化修饰及其在DNA损伤应答中的作用

泛素化修饰是真核生物细胞内重要的翻译后修饰类型,通过调节蛋白质活性、稳定性和亚细胞定位广泛参与细胞内各项信号传导与代谢过程,对维持正常生命活动具有重要意义。组蛋白作为染色质中主要的蛋白成分,与DNA复制转录、修复等行为密切相关,是研究翻译后修饰的热点。DNA损伤后,组蛋白泛素化修饰通过调节核小体结构、激活细胞周期检查点、影响修复因子的招募与装配等诸多途径参与损伤应答。同时,组蛋白泛素化修饰还能调节其他位点翻译后修饰,并通过这种串扰(crosstalk)作用调节DNA损伤应答。本文介绍了组蛋白泛素化修饰的主要位点和相关组分(包括E3连接酶、去泛素化酶与效应分子),以及这些修饰作用共同编译形成的信号网络在DNA损伤应答中的作用,最后总结了目前该领域研究所面临的一些问题,以期为科研人员进一步探索组蛋白密码在DNA损伤应答中的作用提供参考。     

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...