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。     

新型蛋白质酰基化修饰与肿瘤的发生发展

基因的表观调控通常由化学基团对组蛋白和非组蛋白的动态调控共同决定,而蛋白质翻译后修饰(post-translational modification,PTM)作为表观调控的主要因素,以共价连接的方式在蛋白质特异位点添加小分子,进而对蛋白质结构、功能、稳定性以及活性产生一定影响,最终影响生命活动进程。而染色质中修饰语言的错误书写、拼读、删除是人类癌症中常见的、有时是早期和关键的事件,可通过诱导表观遗传、转录组和表型改变促进肿瘤的发生。其中赖氨酸作为一种两亲性氨基酸,具有疏水侧链,且赖氨酸具有正电荷可以被酰基化修饰所中和,因此赖氨酸是最常发生修饰的氨基酸。酰基化修饰不仅可以改变蛋白质的结构影响蛋白质的功能,而且在DNA转录、损伤修复、氧化应激、细胞代谢、细胞周期、衰老、血管生成等生命活动中起着至关重要的作用。接下来该文就最近发现的新型酰基化修饰展开综述,回顾新型酰基化修饰的发现过程、调控机制以及其在肿瘤发生发展中的重要作用。     

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。     

蛋白质多聚SUMO化修饰及其功能

泛素（ubiquitin, Ub）是一类高度保守的小蛋白, 可与靶蛋白的赖氨酸残基共价连接, 形成多聚泛素链行使功能. 类似于泛素化修饰过程, 小泛素相关修饰物(small ubiquitin related modifier, SUMO）也可以共价修饰靶蛋白的赖氨酸残基, 从而影响靶蛋白的定位、稳定性以及蛋白间的相互作用, 发挥重要的生理功能. 尽管在多数情况下, 靶蛋白发生的是单SUMO化修饰, 但最近研究发现,SUMO依赖自身的赖氨酸也可以形成多聚链. 与单SUMO化修饰不同的是, 多聚SUMO化修饰的靶蛋白可以进一步被泛素化修饰, 进而诱导靶蛋白的降解. 这是一种新的、特殊的化学修饰形式, 弄清它的生理功能,对于了解细胞的生长、分化以及凋亡等生理过程将具有重要的意义. 本文将就此方面的最新研究进展做一综述.     

DOT1—— 一类新的组蛋白赖氨酸甲基转移酶

组蛋白甲基化是一种重要的组蛋白共价修饰, 在染色质结构和基因表达的调控过程中起着重要的、多样化的作用。DOT1催化核心球体部位的组蛋白H3第79位赖氨酸(H3K79)使其发生甲基化, 是首个被发现的无SET结构域的组蛋白赖氨酸甲基转移酶, 代表了一类新的组蛋白赖氨酸甲基转移酶。DOT1及H3K79甲基化的特点决定了其可能具有重要的、特殊的生物学功能。文章重点综述了DOT1蛋白的结构及特点, DOT1及H3K79甲基化的生物学功能以及组蛋白泛素化修饰对H3K79甲基化的反式调控。     

泛素化与SUMO化对DNA损伤应答的调控作用

蛋白质翻译后修饰是实现蛋白质多样化功能的一种重要的调控方式,泛素化和SUMO化作为重要的蛋白质翻译后修饰在转录调节、染色质结构及基因组稳定性维持以及DNA修复中扮演重要角色。由于泛素(ubiquitin,Ub)、小泛素相关修饰物(small ubiquitin-related modifier,SUMO)都是修饰目标蛋白质上的赖氨酸,因此在通常情况下,二者对于同一个蛋白质的翻译后修饰存在拮抗或协同作用,但具体调控机理目前研究还不多。DNA损伤与肿瘤的发生发展密切相关。DNA损伤若未能得到及时修复或者修复过程中出现异常,将会导致肿瘤的发生,甚至会产生致死型突变。近年来,对于DNA损伤修复过程中涉及到的蛋白质翻译后修饰的研究已成为研究热点。本文旨在阐明泛素化、SUMO化对DNA损伤修复过程中关键因子的调控作用,为了解多种翻译后修饰对DNA修复过程的调控提供新视角。     

P53蛋白赖氨酸甲基化与去甲基化

P53作为肿瘤抑制因子和转录调节因子在控制细胞周期、凋亡和DNA修复方面发挥重要作用。P53蛋白的稳定性和转录激活活性的调节主要依赖磷酸化、乙酰化、泛素化等多种翻译后修饰。最近研究发现一些组蛋白赖氨酸甲基转移酶和去甲基化酶可使P53蛋白C-端赖氨酸残基发生甲基化或去甲基化,调节P53蛋白的稳定性和转录激活活性。甲基化和去甲基化与其它翻译后修饰相互作用构成“P53密码”调节P53蛋白功能。     

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。     

SUMO化修饰对NF-kB信号通路的调控

小泛素相关修饰物(small ubiquitin-related modifier,SUMO)经由一系列酶介导的生化级联反应共价结合于靶蛋白的赖氨酸残基上,稳定靶蛋白免受降解的过程称为SUMO化修饰(SUMOylation).核转录因子kB(nuclear factors kB,NF-kB)是公认的炎症和免疫反应的重要调节因子,并与糖尿病的发生发展密切相关.近年来研究发现,不仅NF-kB抑制蛋白(inhibitor of NF-kB,IkB)的SUMO化修饰参与NF-kB信号通路的调节,而且SUMO酶可以直接调节NF-kB对靶基因的转录.现就SUMO亚型及结构,SUMO化修饰与去SUMO化修饰过程,SUMO、SUMO酶对NF-kB的转录调控及其与糖尿病相关性的最新研究进展作以综述.     

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。     

植物蛋白质SUMO化修饰体外高效检测系统

蛋白质SUMO化修饰是一种调控蛋白命运的关键修饰方式, 广泛参与植物生长发育及逆境胁迫响应。SUMO化修饰过程主要由激活酶(E1)-结合酶(E2)-连接酶(E3)组成的级联酶促反应催化, 其关键酶组分将SUMO分子缀合至底物蛋白的赖氨酸残基, 形成共价异肽键以完成SUMO化修饰过程。该文报道了1种植物蛋白质SUMO化修饰体外高效检测系统, 通过在大肠杆菌(Escherichia coli)中构建拟南芥(Arabidopsis thaliana) SUMO化修饰的关键通路实现对底物蛋白的SUMO化修饰, 结果可通过免疫印迹进行检测。该系统可以简化植物蛋白质SUMO化修饰的检测流程, 为植物细胞SUMO化修饰的功能研究提供了有力工具。     

乙酰化修饰对人非组蛋白稳定性调控功能的最新进展

乙酰化修饰是一种广泛存在于生物体中的可逆性蛋白质翻译后修饰方式,主要发生于蛋白质赖氨酸残基的侧链NH2基团上,最早在组蛋白中发现。乙酰化修饰主要通过修饰组蛋白影响细胞的染色质结构以及激活细胞核内转录因子,从基因组水平来调控细胞的生命活动。随着乙酰化修饰检测技术和生物学研究的发展,发现乙酰化修饰也大量存在于非组蛋白中,并调控蛋白质的功能,进而影响多种生物学过程。其中,乙酰化修饰可以调控非组蛋白的稳定性,使其在细胞中更加稳定和持久地存在,这种调控机制在细胞的生长和分化等过程中具有重要作用,并影响多种疾病的发生发展。该文介绍了乙酰化修饰及其主要的生物学功能,系统总结了乙酰化修饰对人非组蛋白稳定性调控的机制与功能的影响,并介绍了乙酰化修饰调控蛋白质稳定性对疾病发生发展的作用,有助于解析疾病的发生机制,为疾病的治疗提供新的思路和方法。     

蛋白质UFM化修饰

泛素折叠修饰因子1(ubiquitin-fold modifier 1,UFM1)是类泛素蛋白(ubiquitin-like modifier,UBL)家族的一员,存在于几乎所有的真核细胞中。UFM1对底物的修饰过程与泛素相似,即依次通过UBA5、UFC1和UFL1催化,共价接合在底物的赖氨酸残基上。而UFSP则负责切割UFM1的C端使之成熟,以及去除底物的UFM1修饰。UFM化修饰参与了内质网应激介导的细胞凋亡过程,对其具体作用机制的阐明需要鉴定到UFM1的修饰底物,但目前已经鉴定到UFM1的底物很少。大量研究尚聚焦于UFM修饰酶上。通过对UFM修饰酶和少量修饰底物的研究发现,UFM化修饰参与非酒精性肝病、细胞生成障碍性贫血、髋关节发育不良和神经系统疾病等的发生,以及乳腺癌细胞的增殖与转移和寄生虫的生长发育。本文将对UFM化修饰相关酶和修饰底物进行综述,总结UFM化修饰的生物学功能和在疾病发生发展中的作用。     

泛素链修饰类型研究进展

泛素化修饰的蛋白质底物广泛参与蛋白质降解、胞内蛋白质转运、细胞信号转导、自噬和DNA损伤修复等重要的生物学过程。泛素化修饰包括单泛素化修饰和多泛素化修饰。因泛素分子含有7个赖氨酸残基和1个N端甲硫氨酸残基,多泛素化修饰又可分为同型或异型的多聚泛素化修饰。此外,泛素分子的乙酰化修饰和磷酸化修饰大大增加了泛素链的复杂性。不同泛素链的形成往往依赖泛素连接酶或者去泛素化酶。现综述不同类型的泛素链修饰类型的编辑、识别、去除机制及其生物学功能,并讨论泛素分子自身的乙酰化和磷酸化修饰。     

LUBAC介导RabGEF1的线性泛素化修饰

目的 验证RabGEF1 (Rab guanine nucleotide exchange factor 1)为线性泛素化修饰的新底物。方法 在pEF6/MycHis C载体中克隆人RabGEF1基因。通过免疫共沉淀（Co-IP）实验验证RabGEF1和HOIP的相互作用。利用GST-pulldown实验探索RabGEFl与HOIP相互作用结构域。通过免疫荧光实验验证RabGEF1和HOIP的相互作用与亚细胞定位。应用体内泛素化实验检测RabGEF1的线性泛素化修饰。通过NTA-His泛素化实验进一步明确RabGEF1能够发生线性泛素化修饰。将RabGEF1的泛素化蛋白质样品进行质谱分析，根据质谱结果提示的RabGEF1泛素化位点构建赖氨酸位点突变质粒，进一步在体内泛素化实验中验证RabGEF1的线性泛素化修饰位点。结果 RabGEF1与HOIP存在相互作用，且HOIP通过ZF-NEF结构域与RabGEF1发生直接相互作用。RabGEF1与HOIP共同定位于细胞质。LUBAC介导RabGEF1发生线性泛素化修饰依赖于LUBAC酶活性，RabGEF1泛素化修饰位点为K158。结论 Rab...     

植物非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰的蛋白质组学研究进展

蛋白质赖氨酸乙酰化是植物中普遍存在的重要蛋白质翻译后修饰过程。过去的研究主要集中在染色体组蛋白的乙酰化修饰及其调控机制。目前,随着定量乙酰化蛋白质组学技术的发展,大量非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰被发现,其在植物中存在的普遍性及其生理功能的重要性也随之凸显。非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰在植物不同组织、器官和细胞器中大量存在,广泛参与植物生长发育的各种代谢过程的调控,并在植物应答和适应逆境胁迫中发挥作用。综述了近年来植物非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰的蛋白质组学研究进展,阐明乙酰化修饰在植物不同组织和亚细胞中的分布特征以及在植物生长发育和逆境胁迫响应中的作用,并阐述乙酰化修饰与其他蛋白质翻译后修饰的交互作用,最后对未来的研究进行展望和讨论。     

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。     

KDM4A的结构、功能及其在肿瘤中作用的研究进展

组蛋白甲基化是一种重要的表观遗传修饰,而赖氨酸特异性去甲基化酶4A(KDM4A,也称JMJD2A)能特异性催化组蛋白赖氨酸残基的去甲基化过程,从而调节染色质的结构和基因转录.近年来研究发现,KDM4A参与调控了细胞增殖、分化、发育、代谢等多种重要的生物学进程,其功能异常也和肿瘤等疾病的发生发展密切相关,成为未来肿瘤治疗...     

真菌组蛋白赖氨酸甲基转移酶的研究进展

甲基化修饰是蛋白翻译后修饰的主要方式之一。真菌中,多种赖氨酸甲基转移酶能够执行组蛋白特定位点上赖氨酸的甲基化。组蛋白上赖氨酸的甲基化与真菌DNA的复制、转录以及异染色质的形成相关。甲基化参与了多种生物学过程,如真菌发育、昼夜节律调节、次级代谢基因簇表达、水解酶合成、致病真菌毒力形成。本文结合笔者工作,对目前真菌中已经发现的组蛋白赖氨酸甲基转移酶的命名、分类、结构域特征、催化域的三维结构以及它们所执行的甲基化在各种真菌中的作用进行了总结,提出了目前研究的不足并对未来的研究方向和内容进行了展望。     

泛素化和SUMO化对DEC1的拮抗调控作用

分化的胚软骨表达蛋白1(differentiated embryo-chondrocyte expressed gene 1,DEC1)作为一种时钟蛋白,除了在周期节律的调控中发挥转录抑制作用外,还在能量代谢以及多种肿瘤相关的信号通路的调控中发挥重要作用。此外,蛋白质的翻译后修饰是实现蛋白质功能精细调控的一种重要方式。目前发现,DEC1主要可被两种翻译后修饰,即泛素化和SUMO化修饰。尽管泛素化和SUMO化是两种过程非常类似的蛋白质翻译后修饰方式,但是它们对目的蛋白功能的调控却截然不同。由于泛素化和SUMO化与底物的作用靶点都是赖氨酸(Lys),因此在多数情况下,泛素化和SUMO化以拮抗性的方式调控底物蛋白的功能。鉴于此,该文旨在阐述泛素化和SUMO化修饰对DEC1功能的拮抗调节过程,为了解时钟蛋白DEC1对多种信号通路的调控过程中的分子机制提供新的思路。