PcG蛋白转录抑制复合物组份的功能及构成的时空特征

PcG蛋白主要以PRC1和PRC2两组复合物的形式存在,通过参与核小体组蛋白翻译后修饰等机制,发挥调控靶基因转录的功能. PRC1复合体中的RING1A/B具有使组蛋白H2AK119泛素化的活性;PRC2中的EZH2具有使组蛋白H3K27三甲基化的活性,形成PRC1锚定到核小体上的位点. PcG蛋白的表达特征具有发育阶段和细胞类型时空特异性. 长链非编码RNA等反式作用因子能募集PcG蛋白结合于靶基因,发挥靶向作用. 本文就PcG蛋白功能、构成的时空特异性、募集机制及其与疾病发生的关系研究进展做一综述.     

PcG蛋白在干细胞调控中的作用

PcG (polycomb group)蛋白作为一种表观遗传修饰系统,在动物和植物中具有 保守性.从功能上讲,PcG蛋白可以分为PRC1（polycomb repressive complex 1）和 PRC2（polycomb repressive complex 2）两个核心蛋白复合体. PRC2含有组蛋白甲 基化酶的活性,而PRC1在泛素连接酶E3介导的组蛋白泛素化中发挥作用,二者通过对 组蛋白的修饰控制靶基因转录. 近来研究表明,PcG蛋白对干细胞数量维持和命运转变 有重要的调控作用,其成员表达失调或缺失导致许多恶性肿瘤的发生或导致植物细胞 丧失分化能力、形成愈伤组织. 本文简要综述了PcG蛋白的组成及其在干细胞调控中 的作用.     

Polycomb group蛋白复合体

Polycomb group (PcG) 蛋白是一组通过染色质修饰调控靶基因的转录抑制子, 从生化和功能上它可以分成两个主要的核心蛋白复合体PRC1(Polycomb repressive complex 1)和PRC2(Polycomb repressive complex 2)。研究发现PcG蛋白不仅控制个体正确的发育模式, 而且与细胞的增殖、分化和肿瘤发生有关。文章就PcG蛋白的组成、作用机制及功能进行综述, 并对PcG未来的研究方向进行展望。     

Polycomb Group蛋白复合体与植物春化作用

Polycomb Group(PcG)蛋白能形成Polycomb Repressive Complex 1(PRC1)和PRC2等复合体,通过一个保守且表观遗传的机制调节基因表达并控制动植物的发育。拟南芥中由VERNALIZATION2参与形成的PRC2复合体(VRN2-PRC2)在春化过程中能对主要开花抑制基因FLOWER LOCUS C(FLC)的染色质进行组蛋白甲基化修饰,形成H3K27me3(组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化)等转录抑制标记,从而抑制FLC转录,促进开花。虽然麦类作物的春化机理与拟南芥有较大差异,但最近的研究表明麦类作物春化过程也受PcG蛋白调控。文章对拟南芥PcG蛋白介导的春化调节机制进行综述,期望能对植物尤其是麦类作物的春化机理研究提供资料。     

Polycomblike家族蛋白参与表观遗传调控的分子机制及其生物学意义

PRC2复合物是Polycomb家族蛋白的重要复合物之一,在细胞的增殖、分化和谱系特征的维持等生理过程中发挥着至关重要的作用. PRC2主要通过修饰染色质和调控染色质结构的方式对基因表达起抑制作用,其中PRC2的核心组分EZH2在组蛋白H3第27位赖氨酸上留下的三甲基化修饰(H3K27me3)是与基因抑制相关的重要标记之一. PRC2的核心组分需要与其他结合蛋白结合形成全酶才能发挥出最大催化活性. PRC2的结合蛋白,例如Polycomblike(PCL)蛋白,对PRC2的功能起着重要的调控作用.近些年的研究表明, PCL蛋白对PRC2的活性和其在染色质上的招募起着重要的调控作用.此外, PCL蛋白的表达异常与多种人类癌症相关.因此PCL蛋白结构与功能的研究对深入了解其调控PRC2的机制以及靶向PCL相关的药物研发均具重要意义.本文就近年来关于PCL蛋白的结构和功能研究进展进行总结,着重阐述人源PCL蛋白的分子机制和生物学功能.     

PcG家族CBX2基因的发现及其在哺乳动物性发育中的作用

Polycomb group complex (PcG)作为发挥转录抑制作用的重要表观遗传调控复合物参与发育、衰老以及肿瘤发生等重要生理过程。Pc G家族成员,包括PRC1 (Polycomb repressive complex 1)与PRC2 (Polycomb repressive complex 2)两种复合物,各组分间功能既协同,又不失特性,色素框同源蛋白(Chromobox homolog CBX)是PRC1的主要核心蛋白,其家族的成员之一CBX2近年来成为研究的热点。本研究综述了CBX2基因的发现、基因和蛋白质的结构组成及其在人和鼠不同组织的表达情况,阐述了CBX2在哺乳动物性发育中的作用及研究进展,发现CBX2除参与PcG复合体发挥转录抑制作用外,还具有基因转录激活作用,它作为哺乳动物性别决定级联中SRY (Sex region of Y chromosome)的上游基因可直接激活靶基因SF1/NR5A1的表达,如果CBX2基因突变或缺失将使雄性小鼠发生性反转,在人类中造成46,XY性发育障碍(disorders of sex development, DSD),为进一步研究CBX2基因在动物性发育调控中的作用提供依据。     

PcG蛋白复合体对Hox基因调节的研究

PcG蛋白广泛参与到生长、发育、增殖、分化以及肿瘤发生等重要过程.而目前为止对PcG蛋白的靶基因研究最透彻的就是Hox家族. Hox基因存在于一个高度保守的基因簇内,在调控维持正常发育及肿瘤发生中有重要作用.一般认为,PcG蛋白复合物对Hox基因进行以组蛋白表观修饰为主的沉默作用,指导Hox基因适时适地发挥功能. 同时,这个过程还需要DNA连接蛋白、ncRNA等分子的辅助.本文对Hox基因和PcG蛋白的组成和功能进行介绍,并重点归纳总结了对二者关系的经典和最新认识.     

基于组蛋白甲基化信息的H2A.Z和H2A核小体识别

组蛋白H2A的变体H2A.Z在基因的表达过程中发挥着重要的作用。根据H2A.Z和H2A核小体中组蛋白甲基化修饰方式的不同,作者应用多样性增量二次判别方法(increment of diversity with quadratic discriminant,IDQD)成功地对H2A.Z和H2A核小体进行了识别,说明了以组蛋白甲基化信息作为特征参数的IDQD模型对H2A.Z和H2A核小体识别的有效性。通过计算DNA序列的柔性,发现H2A.Z核小体对应的DNA序列的平均柔性比常规H2A核小体对应的DNA序列的平均柔性弱。     

H2AX活化与DNA双链断裂及辐射剂量的关系

H2AX是组蛋白H2A的一种亚型。过去对组蛋白的关注仅局限在维持染色质结构的认识方面,近来发现构成染色质核小体的组蛋白同时具有许多其他重要生物学功能,在DNA双链断裂修复中的作用就是最重要的发现之一。H2AX蛋白发挥其功能需要活化,活化后的H2AX称为γH2AX。检测γH2AX可以确定DNA双链断裂的存在,γH2AX的检测量与辐射剂量也存在良好的量效关系。     

技术与方法体外组装含有组蛋白变体H2A.Z及H3.3的核小体

核小体是构成真核生物染色质的基本结构单位,组蛋白变体H2A.Z及H3.3对染色质结构及基因转录过程发挥着重要的调控作用。体内研究核小体及染色质结构受到诸多因素限制,体外重构含有H2A.Z及H3.3的核小体结构是研究与组蛋白变体相关基因表达调控的重要方法之一。实验表达纯化了6种组蛋白,在复性的过程中装配了含有H2A.Z和H3.3的组蛋白八聚体。基于DNA序列10bp周期性及序列模体设计了3条易于形成核小体的DNA序列,通过PCR大量扩增的方法,回收了标记Cy3荧光分子的目的DNA序列。采用盐透析法体外组装了含有H2A.Z和H3.3的核小体结构,利用荧光标记、EB染色及考马斯亮蓝染色检测了含有组蛋白变体的核小体形成效率及形成过程的吉布斯自由能变化。结果发现,设计的3条DNA序列可以有效地组装形成含有组蛋白电梯的核小体结构,而且随着组蛋白八聚体与DNA比例的增加,核小体的形成效率显著提高;采用Cy3荧光标记可以灵敏且定量地计算组装过程的吉布斯自由能。该方法的建立对研究组蛋白变体相关的结构生物学及转录调控等具有一定的意义。     

体外组装含有组蛋白变体H2A.Z及H3.3的核小体

核小体是构成真核生物染色质的基本结构单位,组蛋白变体H2A.Z及H3.3对染色质结构及基因转录过程发挥着重要的调控作用。体内研究核小体及染色质结构受到诸多因素限制,体外重构含有H2A.Z及H3.3的核小体结构是研究与组蛋白变体相关基因表达调控的重要方法之一。实验表达纯化了6种组蛋白,在复性的过程中装配了含有H2A.Z和H3.3的组蛋白八聚体。基于DNA序列10bp周期性及序列模体设计了3条易于形成核小体的DNA序列,通过PCR大量扩增的方法,回收了标记Cy3荧光分子的目的 DNA序列。采用盐透析法体外组装了含有H2A.Z和H3.3的核小体结构,利用荧光标记、EB染色及考马斯亮蓝染色检测了含有组蛋白变体的核小体形成效率及形成过程的吉布斯自由能变化。结果发现,设计的3条DNA序列可以有效地组装形成含有组蛋白电梯的核小体结构,而且随着组蛋白八聚体与DNA比例的增加,核小体的形成效率显著提高;采用Cy3荧光标记可以灵敏且定量地计算组装过程的吉布斯自由能。该方法的建立对研究组蛋白变体相关的结构生物学及转录调控等具有一定的意义。     

PRC1.6复合体表观遗传调控生殖谱系特异性基因的时空表达

多梳抑制复合体1 (polycomb repressive complex 1, PRC1)是一类通过催化和识别染色质表观遗传修饰进而调控基因表达的蛋白复合体,主要参与干细胞干性维持、细胞分化以及细胞周期调控等生理过程,该复合体功能异常影响机体发育或导致癌症发生。在哺乳动物细胞内,PRC1根据组成差异被进一步细分为6种不同的亚型PRC1.1～PRC1.6,它们在靶基因群识别、表观调控机制及生物学功能上存在明显特化。近年来研究发现,PRC1.6复合体在胚胎干细胞及体细胞中对于稳定抑制生殖谱系特异性基因的表达至关重要,同时对于生殖干细胞的干性维持以及精子发生过程中生殖谱系特异性基因的精密调控承担着重要作用。本文在介绍PRC1.6复合体的发现、各组分的分子功能及其参与的生化反应途径的基础上,系统阐述了该复合体在胚胎发育、性腺发育、精子发生等过程中对生殖谱系特异性靶基因群的时空表达发挥的重要调控功能,并探讨了PRC1.6与已知表观遗传调控网络的相互作用,以期为进一步探索生殖谱系基因表达、精子发生的表观遗传调控机制以及男性不育的致病机制提供参考。     

盐离子作用下组蛋白变体H2A.Z增强核小体结构的稳定性

真核生物染色质的基本结构组成单元是核小体,基因组DNA被压缩在染色质中,核小体的存在通常会抑制转录、复制、修复和重组等发生在DNA模板上的生物学过程。组蛋白变体H2A.Z可以调控染色质结构进而影响基因的转录过程,但其详细的调控机制仍未研究清楚。为了比较含有组蛋白变体H2A.Z的核小体和常规核小体在盐离子作用下的稳定性差异,本文采用Förster共振能量转移的方法检测氯化钠、氯化钾、氯化锰、氯化钙、氯化镁等离子对核小体的解聚影响。实验对Widom 601 DNA序列进行双荧光Cy3和Cy5标记,通过荧光信号值的变化来反映核小体的解聚变化。Förster共振能量转移检测结果显示:在氯化钠、氯化钾、氯化锰、氯化钙和氯化镁作用下,含有组蛋白变体H2A.Z的核小体解聚速度相比于常规核小体要慢,且氯化钙、氯化锰和氯化镁的影响更明显。电泳分析结果表明,在75℃条件下含有组蛋白变体H2A.Z的核小体的解聚速率明显低于常规核小体。采用荧光热漂移检测(fluorescence thermal shift analysis , FTS)进一步分析含有组蛋白变体H2A.Z核小体的稳定性,发现两类核小体的荧光信号均呈现2个明显的增长期,含有组蛋白变体H2A.Z核小体的第1个荧光信号增速期所对应的温度明显高于常规核小体,表明核小体中H2A.Z/H2B二聚体的解聚变性温度要高于常规的H2A/H2B二聚体,含有组蛋白变体H2A.Z核小体的热稳定性高。研究结果均表明,含有组蛋白变体H2A.Z的核小体的结构比常规核小体的结构稳定。     

生肌素引起组蛋白H3和H4高度乙酰化及染色质溶解性增加

为研究生肌素在染色质重建过程中的作用 ,采用生肌素真核表达载体转染C2C12肌细胞 ,细胞核经微球菌核酸酶消化后 ,提取DNA进行SDS PAGE分析 .生肌素转染的细胞 ,其核小体 (染色质 )在Mg2 + 溶液中的溶解性明显增加 ,提示染色质组蛋白乙酰化程度提高 .组蛋白经TAU SDS(2 D)双相凝胶电泳分析 ,发现在转染生肌素真核表达载体 2 4h后 ,组蛋白H4的乙酰化修饰程度最高 .采用抗乙酰化组蛋白H3和H4抗体进行的Western印迹分析进一步证明了乙酰化的发生 .上述变化与染色质的活跃程度相关 .RT PCR结果显示 ,生肌素的靶基因烟碱样乙酰胆碱受体 (nAChR)α亚基和肌酸激酶 (MCK)基因在转染后表达水平提高 .结果提示 ,强制性表达外源性生肌素可引起肌细胞核染色质重建 ,进而激活靶基因     

综述: H2A-H2B类型组蛋白及其伴侣蛋白的研究进展

染色质是真核细胞中遗传物质DNA的载体,染色质结构动态变化与DNA复制、转录、重组、修复等重要生物学事件密切相关.组蛋白是染色质结构的基本组成元件之一,组蛋白变体和组蛋白修饰是两类基本的染色质结构调控因子.在构成核小体的四种核心组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)当中,H2A拥有最多的变体类型并在染色质结构调控中发挥重要作用.H2A组蛋白伴侣对H2A组蛋白及其变体的特异识别对于后者的折叠、修饰、传递、转运、组装、移除等生物学功能至关重要.本文着重探讨了组蛋白伴侣特异识别H2A组蛋白的分子机理,二者调控染色质结构的作用机制以及相应的生物学意义.     

H2A-H2B类型组蛋白及其伴侣蛋白的研究进展

染色质是真核细胞中遗传物质DNA的载体,染色质结构动态变化与DNA复制、转录、重组、修复等重要生物学事件密切相关.组蛋白是染色质结构的基本组成元件之一,组蛋白变体和组蛋白修饰是两类基本的染色质结构调控因子.在构成核小体的四种核心组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)当中,H2A拥有最多的变体类型并在染色质结构调控中发挥重要作用.H2A组蛋白伴侣对H2A组蛋白及其变体的特异识别对于后者的折叠、修饰、传递、转运、组装、移除等生物学功能至关重要.本文着重探讨了组蛋白伴侣特异识别H2A组蛋白的分子机理,二者调控染色质结构的作用机制以及相应的生物学意义.     

多梳蛋白CBX家族在哺乳动物中结构与功能多样性的研究进展

多梳蛋白家族(PcG)是一类重要的表观遗传调控因子,主要参与维持特定基因的转录沉默,与多种干细胞的干性维系、细胞分化、细胞周期的调控、细胞衰老、X染色体失活、基因印记、癌症的发生发展等一系列细胞生理及病理活动密切相关.PcG蛋白主要形成PRC1和PRC2两类多梳蛋白抑制复合体,它们彼此相互协同调控基因的表达.其中Chromobox同源蛋白即CBX蛋白作为PRC1复合体的核心组分协助招募并稳定PRC1到染色质的特定区域.在哺乳动物中,CBX蛋白家族包含5个成员,它们在结构和功能方面既有共性又有特性,本文主要就多梳蛋白CBX家族在哺乳动物中结构与功能多样性的研究进展作一综述.     

植物同源结构域指蛋白在拟南芥等十字花科植物春化作用途径中的功能

春化低温处理可以使拟南芥等十字花科植物提前开花,该过程中涉及到一个重要的植物同源结构域指(PHD-finger)蛋白VERNALIZATION INSENSITIVE3(VIN3)。PHD-finger结构域是真核生物中一种进化保守的锌指结构域,通常参与蛋白质之间的相互作用,特别是对核小体组蛋白进行甲基化、乙酰化、磷酸化等修饰。在春化处理过程中,VIN3及其同源基因编码的蛋白都具有PHD-finger结构域,该结构域通过对开花抑制基因FLOWERING LOCUS C染色质组蛋白进行H3K9、H3K27甲基化、H3K9和H3K14去乙酰化等修饰,调节FLC染色质结构状态,使其从松弛状态转变为高度凝缩状态而关闭其功能,从而影响FLC转录活性进而促进开花。以下综述了拟南芥等十字花科植物春化作用途径中PHD-finger蛋白的功能,并且概述了春化作用机制。     

利用重组荧光素酶报告基因载体研究E2F调控组蛋白H2A的转录

转录因子E2F与细胞增殖、凋亡及癌变密切相关,组蛋白H2A是构成核小体的重要成员之一.研究通过特异性的阻断Rb基因的表达发现组蛋白H2A家族成员:HIST1H2AJ表达下调,再进一步研究转录因子E2F对HIST1H2AJ的转录调控.通过PCR得到HIST1H2hJ的5非翻译区序列,克隆到荧光素酶报告载体pGL3中,然后转染入HEK293,再检测荧光素酶的活性来判断E2F是否调控HIST1H2AJ的转录.研究结果表明:转录因子E2F能够调控组蛋白H2A家族成员之一HIST1H2AJ的转录.     

组蛋白乙酰化/去乙酰化在真核基因转录调控中的作用

真核生物中 ,染色质的基本单位是核小体。核小体由H2 A ,H2 B ,H3 ,H4构成的核心组蛋白八聚体及缠绕于其上的DNA构成。最近的研究结果表明 ,核心组蛋白的乙酰化 去乙酰化过程是调控基因活性的一个关键步骤[1] 。而含有组蛋白去乙酰化酶活性的分子有两类 :一类是与酵母RPD3同源的分子 ,另一类是与RPD3不同源的分子。它们各有其不同的来源 ,存在于各自的复合物中 ,催化不完全相同的组蛋白或其他蛋白质去乙酰化 ;这些去乙酰化酶与基因转录的调控存在着密切的关系 ,主要是介导基因转录的抑制。