综述: 组蛋白去乙酰化酶的结构及应用

组蛋白赖氨酸乙酰化是目前研究最为广泛和深入的组蛋白翻译后修饰之一,在染色质重塑和基因表达调控等方面发挥重要作用,这种修饰在体内受到组蛋白乙酰化酶和去乙酰化酶的高度动态调控．除了以组蛋白为底物外,组蛋白去乙酰化酶还可以催化多种非组蛋白的去乙酰化,参与多种生命过程的调节．本文围绕四类人源组蛋白去乙酰化酶,综述了其分类依据、结构与功能特点、催化反应的分子机制,以及针对这些组蛋白去乙酰化酶的抑制剂和激动剂的开发和应用等方面的研究进展．     

组蛋白去乙酰化酶的结构及应用

组蛋白赖氨酸乙酰化是目前研究最为广泛和深入的组蛋白翻译后修饰之一,在染色质重塑和基因表达调控等方面发挥重要作用,这种修饰在体内受到组蛋白乙酰化酶和去乙酰化酶的高度动态调控.除了以组蛋白为底物外,组蛋白去乙酰化酶还可以催化多种非组蛋白的去乙酰化,参与多种生命过程的调节.本文围绕四类人源组蛋白去乙酰化酶,综述了其分类依据、结构与功能特点、催化反应的分子机制,以及针对这些组蛋白去乙酰化酶的抑制剂和激动剂的开发和应用等方面的研究进展.     

组蛋白去乙酰化酶4与人类疾病北大核心CSCD

组蛋白去乙酰化酶4(histone deacetylase 4,HDAC4)是一类依赖锌的去乙酰化酶,属于Ⅱ类组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs),主要具有去乙酰化酶的活性。HDAC4由去乙酰化酶结构域发挥去乙酰化酶的作用,还具有核定位序列和核输出序列,通过转录后与翻译后水平的修饰可在细胞核和细胞质之间穿梭,进而参与多种调节过程。近年来的研究发现,HDAC4可参与基因的转录调控、细胞凋亡、代谢等诸多生物进程,在多种疾病的发生发展中发挥重要作用。本文主要从HDAC4的结构、去乙酰作用、自身的修饰及其在核浆中的穿梭作用对其进行概述,同时对其在骨关节炎、心血管疾病、肌萎缩性侧索硬化症等不同疾病中的作用、相关的分子机制及组蛋白抑制剂在肿瘤中的应用等方面的研究进展进行综述。     

苯丁酸钠与盐酸洛拉曲克体外联合用药的抗癌增效作用观察

通过在体外分别对脱乙酰化酶抑制剂笨丁酸钠(sodium phenylbutyarate,SPB)和新型脂溶性胸苷酸合成酶抑制剂盐酸洛拉曲克(nolatrexed dihydrochloride,Nolatrexed)联合用药于人大肠癌细胞LoVo和人肝癌细胞Hep3B的相互作用的性质观察,探讨脱乙酰化酶抑制剂和胸苷酸合成酶抑制剂联合用药的可能性．使用MTT法测定SPB和Nolatrexed单独用药或联合用药的抗癌活性,用抑制浓度的分数之和(a sum of fractional inhibitory concentration,SFIC)值及等效剂量分析方法(Isohologram)评价SPB和Nolatrexed联合用药的作用性质．结果显示,在SPB和Nolatrexed联合用药时其SFIC值除一组外均小于l,由此得到的等效剂量曲线图形一定条件下为凹形．可见,在一定条件下,SPB和Nolatrexed体外联合用药抗癌相互作用性质为明显的增效作用,脱乙酰化酶抑制剂和胸苷酸合成酶抑制剂联合用药达到抗癌增效作用是可能的．     

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.     

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。     

敲除组蛋白去乙酰化酶基因hdac对里氏木霉纤维素酶表达的调控作用

[背景]里氏木霉(Trichoderma reesei)是木霉属中产纤维素酶最具代表性的真菌之一,表观遗传调控是不涉及DNA序列变化的可遗传变化,组蛋白去乙酰化是其中一种。组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)负责脱乙酰化,敲除去乙酰化酶基因可引起菌株孢子、菌丝及纤维素酶活性等的一系列改变。[目的]通过敲除里氏木霉组蛋白去乙酰化酶基因(histone deacetylase,hdac)建立了里氏木霉hdac缺失突变株(T.reesei△hdac),以研究对纤维素酶基因表达的调控作用。[方法]利用Split-Maker技术构建了组蛋白去乙酰化酶基因敲除表达盒,并转化了里氏木霉T.reesei QM9414。经PCR及Southern blotting验证正确后,对突变体T.reesei△hdac连续7 d检测滤纸酶活(filter paper activity,AFP)、羧甲基纤维素钠酶活(carboxymethyl cellulase activity,CMCA),利用RT-qPCR检测纤维素酶及其相关基因cbh1、egl1和xyr1的表达。[结果]突变体T.reesei△hdac两种酶活力均显著高于出发菌株,分别高出8.00、30.00 IU/mL。突变体T.reesei△hdac纤维素酶及其相关基因cbh1、egl1和xyr1的转录水平分别为出发菌株T.reesei QM9414的6.50、6.01和4.51倍。[结论]里氏木霉中纤维素酶的基因表达明显受到组蛋白去乙酰化酶基因(hdac)的调控,这为研究里氏木霉表观遗传调控对纤维素酶的影响提供了新的证据。     

枯草芽孢杆菌β-糖苷酶的克隆表达、体外定向进化及结构模拟

摘要:【目的】从枯草芽孢杆菌基因组DNA中扩增出bglC基因并在大肠杆菌中表达,分析表达产物的酶学性质并进行结构模拟,为进一步研究其生理功能及结构解析奠定基础。【方法】将bglC基因克隆到大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中表达,通过定向进化获取水解效率提高的突变株,经Ni-NTA镍离子层析柱纯化后,测定野生枯草芽孢杆菌β-糖苷酶与突变酶的性质。利用CD光谱,非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳及三维结构建模,分析野生酶与突变酶的高级结构。【结果】野生酶的比活力为9.7 U/mg,最适催化温度为60℃,最适pH值是7.0。经过突变和筛选,我们得到一个突变体BS-GLY_M1(A242T/T385A/S425L),其比活力达到17.1 U/mg,最适温度为55 ℃,最适pH值是7.0,在55 ℃下的半衰期为3.5 h,比野生酶增加2 h。突变酶对4-硝基苯基-β-半乳糖苷、乳糖和熊果苷的催化效率(Km/Kcat)有所提高。酶在天然条件下以二聚体、四聚体状态存在,推测它以二聚体为基本功能单位。结构模拟结果表明突变后酶的三维结构有轻微地变化,这可能是酶热稳定性和催化效率提高的原因。【结论】枯草芽孢杆菌β-糖苷酶可以在大肠杆菌中高效表达并可以通过定向进化提高其水解效率。     

组蛋白去乙酰化酶(HDAC)在调节机体能量代谢过程中的作用

蛋白质的乙酰化修饰在基因转录调控过程中发挥着重要作用,组蛋白乙酰化酶(histone acetyl transferases,HATs)和去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs)分别催化蛋白质的乙酰化和去乙酰化修饰反应。HDACs在调节机体能量代谢过程中的重要性已被越来越多的研究所证实,深入理解HDAC各亚型在不同生理及病理状态下的作用将为代谢性疾病的预防和治疗提供新的理论参考。     

组蛋白去乙酰化酶4与人类疾病

组蛋白去乙酰化酶4（histone deacetylase 4,HDAC4）是一类依赖锌的去乙酰化酶,属于Ⅱ类组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases,HDACs）,主要具有去乙酰化酶的活性。HDAC4由去乙酰化酶结构域发挥去乙酰化酶的作用,还具有核定位序列和核输出序列,通过转录后与翻译后水平的修饰可在细胞核和细胞质之间穿梭,进而参与多种调节过程。近年来的研究发现,HDAC4可参与基因的转录调控、细胞凋亡、代谢等诸多生物进程,在多种疾病的发生发展中发挥重要作用。本文主要从HDAC4的结构、去乙酰作用、自身的修饰及其在核浆中的穿梭作用对其进行概述,同时对其在骨关节炎、心血管疾病、肌萎缩性侧索硬化症等不同疾病中的作用、相关的分子机制及组蛋白抑制剂在肿瘤中的应用等方面的研究进展进行综述。     

神经退行性疾病中的乙酰化内稳态

近年来对神经退行性疾病机制的研究发现,乙酰化和去乙酰化在这一过程扮演了重要角色。组蛋白乙酰化酶(histone acetylase,HAT)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)两大家族分别催化组蛋白的乙酰化和去乙酰化,两者相互拮抗,维持体内乙酰化内稳态的平衡。乙酰化内稳态的概念就是在这样的基础上提出的。在神经退行性疾病的发病过程中,组蛋白乙酰基转移酶含量下降,乙酰化内稳态被打破,影响了神经细胞内重要基因的转录,从而导致了神经细胞功能失调甚至死亡。该文主要介绍HAT和HDAC两大家族在神经退行性疾病中的作用机制,以及针对乙酰化内稳态平衡机制的治疗策略。     

Sirtuins家族在DNA损伤修复中的作用

Sirtuins家族蛋白是一类依赖NAD的去乙酰化酶,属于第Ш类去乙酰化酶(HDACs),哺乳动物Sirtuins家族成员共有7个(SIRT1-7),其主要具有去乙酰化酶的活性,可以使多种蛋白发生去乙酰化,进而参与DNA的损伤修复、基因的转录调控、细胞凋亡、代谢及衰老等诸多生物进程。本文主要对Sirtuins家族在DNA损伤修复中的作用及其相关机制进行阐述。     

地中海富盐菌PhaE蛋白乙酰化修饰对其功能的影响

【目的】研究地中海富盐菌PHA合酶(Pha EC)中Pha E亚基乙酰化修饰对其功能的影响,探讨乙酰化修饰对菌体生理代谢的调控作用。【方法】蔗糖密度梯度离心收集PHA颗粒,质谱鉴定颗粒结合蛋白Pha E的乙酰化位点。将乙酰化位点(赖氨酸,K)分别突变为精氨酸(R)(模拟去乙酰化)或谷氨酰胺(Q)(模拟乙酰化),利用同源双交换原理,将突变后的基因原位敲入基因组。以野生型为对照,检测突变对菌体生长、葡萄糖消耗和PHA合成能力的影响。利用Western blot检测PHA颗粒上Pha E的含量,进一步分析乙酰化修饰对蛋白功能的影响。【结果】在Pha E蛋白105位和170位赖氨酸(K)2个位点检测到乙酰化修饰。利用遗传操作系统将突变的基因原位敲入,共得到6种突变株。发酵结果表明,任何一种单突变对菌体生长及PHA合成的影响均不明显。但当2个位点同时突变成精氨酸(K105R/K170R)时,突变株生长及合成PHA的能力均受到明显抑制,2个位点同时突变成谷氨酰胺(K105Q/K170Q)则无明显影响。进一步的Western blot结果表明,突变成精氨酸的双突变株的PHA颗粒上,Pha E蛋白的含量相较于野生型约降低了一半。【结论】Pha E蛋白的去乙酰化能够导致菌株利用葡萄糖合成PHA的能力显著降低,其可能原因是降低了Pha E与PHA颗粒或PHA颗粒上Pha C的结合能力,从而降低了Pha EC合酶的活性。     

老龄小鼠卵母细胞发育过程中组蛋白乙酰化修饰的改变

分别取年轻C57/B6雌性小鼠(3-4周龄)与老龄C57/B6雌性小鼠(40-42周龄)不同发育时期的卵母细胞,利用免疫荧光技术观察其组蛋白不同赖氨酸位点乙酰化的变化,并用RT-PCR法检测年轻小鼠与老龄小鼠卵母细胞不同发育时期Hdac1与Hdac3(组蛋白去乙酰化酶)mRNA的相对表达量。结果显示:(1)年轻小鼠和老龄小鼠卵母细胞组蛋白H4/K12、H4/K16、H4/K5及H3/K14的乙酰化水平均随发育进程逐渐升高,在完全生长期乙酰化水平达到峰值,至MⅡ期,除H4/K12外,其它三个位点的乙酰化全部消失;与年轻小鼠相比,完全生长期时老龄小鼠卵母细胞组蛋白乙酰化水平较低;(2)在完全生长期之前,年轻小鼠和老龄小鼠卵中Hdac-1与Hdac-3 mRNA的表达量呈逐渐降低趋势,但老龄小鼠在MⅡ期有所升高。与年轻小鼠相比,老龄小鼠完全生长期前各时期卵母细胞中Hdac1 mRNA的表达量均极显著降低(P<0.01);而Hdac3 mRNA的表达量二者之间无显著差异。结果表明:老龄小鼠卵母细胞中组蛋白乙酰化和组蛋白去乙酰化酶表达出现了异常变化。     

SIRT1影响Tat介导的HIV-1转录

Tat蛋白在HIV的转录复制中起重要作用.它能反式激活HIV的转录,促进HIV长末端重复序列(HIV LTR)的转录和延长.Tat蛋白是去乙酰化酶SIRT1的一种重要底物.Tat的乙酰化与非乙酰化状态在激活转录过程中受高度精密调控.如果Tat乙酰化状态在转录过程中受到干扰,随后其促使的HIV转录也将受到干扰.近来发现,组蛋白去乙酰化酶SIRT1在Tat蛋白介导的反式激活HIV转录过程中起重要的调控作用.SIRT1能对乙酰化的Tat进行去乙酰化,使其能在促使HIV转录的过程中循环利用.同时Tat与SIRT1的结合也会使核转录因子NF-κB的p65亚基处于超乙酰化状态,致使病毒基因组表达.研究SIRT1与Tat的相互关系为治疗HIV提供了新的方向.     

CD117、CD34、DOG-1、WT-1 在胃肠道间质瘤中的表达及意义

目的:探讨DOG-1、CD117、CD34、WT-1在胃肠道间质瘤(GIST)中的表达及临床意义。方法:应用免疫组织化学SP法检测DOG-1、CD117、CD34、WT-1在39例GIST患者肿瘤组织中的表达。结果:GIST光镜下主要由梭形细胞和(或)上皮样细胞或多形性细胞混合或单一性组成。DOG-1、CD117、CD34和WT-1在GIST肿瘤组织中阳性表达率分别为92.3%(36/39)、71.7%(28/39)、64.1%(25/39)、23.1%(9/39),四者的阳性表达率在各风险程度组(极低及低度危险性GIST、中度危险性GIST、高度危险性GIST)两两比较中差异均无统计学意义(P>0.05)。DOG-1与CD117相比,在极低及低度危险组中表达有显著差异(P<0.05),DOG-1与CD34相比,在极低及低度危险组、高度危险组中表达有显著差异(P<0.05);WT-1与CD117相比,在中度及高度危险组中表达有显著差异(P<0.05),WT-1与CD34相比,在中度危险组中表达有显著差异(P<0.05)。对照组平滑肌瘤、纤维瘤、神经鞘瘤中CD117、DOG-1在GIST中的表达明显高于其他多种梭形细胞的表达(P<0.05)。结论:DOG1是GIST较为敏感和特异的标记物,WT-1在极低及低度危险性GIST中有一定的诊断价值,在GIST的诊断中加入两者将使患者更加受益。     

组蛋白去乙酰化酶6与人类疾病

组蛋白去乙酰化酶6 (histone deacetylase 6, HDAC6)属于IIb类组蛋白去乙酰化酶家族,是一种依赖锌的,主要靶向非组蛋白的去乙酰化酶。越来越多的研究表明,HDAC6的表达和活性在多种疾病的发生发展过程中是异常的,因此,HDAC6被认为是潜在治疗的靶点。临床前数据表明,许多特异性靶向HDAC6的小分子抑制剂在多种疾病的治疗中发挥作用。该文讨论了HDAC6结构和功能的最新研究,并结合其小分子抑制剂在恶性肿瘤、神经退行性疾病、肾纤维化和自身免疫及炎症等方面的研究进展进行综述。     

组蛋白去乙酰化酶抑制剂的研究进展

核小体是真核生物染色质的基本单位,通过对组蛋白核心的N-端的乙酰化、甲基化、磷酸化、遍在蛋白化的修饰作用而影响细胞的功能。组蛋白乙酰化酶(histone acetylase HAT)及组蛋白去乙酰化酶(Histone Deacetylases HDAC)之间的动态平衡控制着染色质的结构和基因表达。当组蛋白去乙酰化水平增加,乙酰化水平相对降低,即会导致正常的细胞周期与代谢行为的改变而诱发肿瘤,及神经退行性变。组蛋白去乙酰化酶抑制剂(Histone Deacetylases-inhibitor HDACi)目前是国内外研究的热点。其中,曲古霉素A(Trichostatin A TSA),是最早发现的天然组蛋白去乙酰化酶抑制剂;伏立诺他(Suberoylanilide Hydroxamic Acid SAHA)已经美国FDA批准用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤。本文就HDACi分类及其功能出发综述HDACi的作用机制及研究进展。     

SIRT1介导的K-Ras、FoxOs和DLC1的表达及翻译后修饰调控癌细胞的增殖和凋亡

SIRT1是一种NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶,可通过其去乙酰化酶活性介导下游蛋白,如K-Ras、FoxOs和DLC1的翻译后修饰来调节细胞增殖和细胞凋亡。在体外培养的癌细胞、异种移植癌细胞的裸鼠或是转基因小鼠中,K-Ras的乙酰化、FoxOs的乙酰化和磷酸化及DLC1的磷酸化对癌细胞的增殖或凋亡均发挥双重作用,研究SIRT1介导的翻译后修饰对于癌症的治疗具有重要的意义。