组蛋白H3K27去甲基化酶与肿瘤发生

组蛋白甲基化是一种重要的表观遗传学修饰,在基因表达调节方面发挥着重要的作用.组蛋白H3赖氨酸27三甲基化（H3K27me3）是一种抑制性组蛋白标记,可被去甲基化酶UTX和JMJD3催化而移去甲基.UTX和JMJD3通过激活HOX基因而参与细胞分化和多能细胞抑制过程.在多种肿瘤中检测到UTX和JMJD3突变或表达下降,同时多种基因启动子区H3K27me3含量增多.UTX和JMJD3均被看作肿瘤抑制基因,其中UTX调节了RB依赖的细胞命运控制,而JMJD3通过激活INK4b-ARF-INK4a位点而参与了癌基因诱导的衰老.组蛋白H3K27去甲基化酶与肿瘤发生的研究使我们对癌症发展过程有了更好的理解,同时也为癌症诊断和治疗提供了新靶点.     

组蛋白共价修饰——组蛋白H3第4赖氨酸甲基化

染色体组蛋白的共价修饰在调节染色体结构,控制基因的转录等方面发挥重要的作用。组蛋白H3第4赖氨酸的甲基化作为共价修饰的方式之一,可以调控基因的转录激活。随着对组蛋白甲基化转移酶及相关作用蛋白研究的深入,人们对组蛋白H3第4赖氨酸的甲基化的功能也有了更深的了解。目前研究发现它与癌症也有很密切的关系。     

组蛋白去甲基化酶KDM5A调控H3K4me3参与神经管畸形发生的分子机制

神经管畸形(NTDs)的病因与防治是出生缺陷领域研究的重点,叶酸可以预防神经管畸形但其机制不明。本文借助低叶酸细胞模型和低叶酸NTDs小鼠模型通过染色质免疫共沉淀、Cut&Tag等技术,探讨了组蛋白去甲基化酶lysine demethylase 5A(KDM5A)及其调控的下游组蛋白H3K4me3修饰在叶酸缺乏导致的NTDs发生中的潜在分子机制。结果显示,低叶酸的细胞模型中,qRT-PCR、Western印迹结果显示,KDM5A分子表达明显下降(P<0.05)。作为组蛋白H3K4me3调控的上游关键酶,进一步通过染色质免疫共沉淀ChIP、ChIP-qPCR实验证实,叶酸缺乏下组蛋白H3K4me3在神经发育基因Axin2和Atoh1基因启动子区富集增加(P<0.05)。通过构建KDM5A基因敲除细胞模型,借助Cut&Tag试验证实,KDM5A基因敲除后H3K4me3主要富集在神经发育基因上。最后在低叶酸导致的NTDs小鼠模型的脑组织中,RT-qPCR、Western印迹以及ChIP-qPCR实验显示,E9.5 d的NTDs胎鼠脑组织中KDM5A表达下降(P&l...     

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。     

过表达组蛋白H3K9me3去甲基化酶对猪克隆胚胎发育的影响

组蛋白异常修饰是克隆胚胎发育的重要制约因素,组蛋白H3K9me3去甲基化酶KDM4家族的过表达可以有效提高克隆胚胎的发育效率。为探究过表达H3K9me3去甲基化酶对猪克隆胚胎发育的影响,本研究在猪克隆胚胎1-细胞期和2-细胞期分别注射KDM4A mRNA和KDM4D mRNA检测胚胎的囊胚率;收集1-细胞期注射KDM4A mRNA和胚胎注射水(对照组)的2-细胞期克隆胚胎检测H3K9me3表达水平;此外,收集1-细胞期注射KDM4A mRNA和胚胎注射水的4-细胞期克隆胚胎进行单细胞转录组测序,并对测序数据进行GO与KEGG富集分析。结果显示：在1-细胞期注射KDM4A mRNA的猪克隆胚胎囊胚率显著高于对照组(25.32±0.74%vs14.78±0.87%),注射KDM4D mRNA对猪克隆胚胎囊胚率无明显作用(16.27±0.77%vs 14.78±0.87%);在2-细胞期注射KDM4A mRNA和KDM4D mRNA的克隆胚胎囊胚率与对照组相比均无显著差异(32.18±1.67%、30.04±0.91%vs 31.22±1.40%)。在1-细胞期注射KDM4A mRNA的克隆...     

组蛋白H3K4甲基转移酶复合物亚基Ash2参与裂殖酵母产孢

在氮源缺乏及信息素存在的条件下,裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)进行减数分裂并完成产孢。在此过程中,信息素介导的MAPK(Mitogen-activated protein kinases)信号通路调控减数分裂相关基因的表达。Spk1是MAPK通路的核心成员,通过蛋白磷酸化的方式激活转录因子Ste11,从而激活mei2⁺、mam2⁺和map3⁺等减数分裂相关基因的表达。尽管组蛋白H3K4甲基化参与基因转录激活、染色质重塑等诸多生物学过程,但其在裂殖酵母产孢过程中的作用并不清楚。文章通过序列比对,发现裂殖酵母Ash2作为H3K4甲基转移酶复合物COMPASS的亚基具有两个保守的结构域,定位于细胞核内参与H3K4的甲基化修饰。ash2⁺的缺失引起裂殖酵母在氮源缺乏时产孢过程的延迟及产孢率下降。ChIP、定量PCR分析结果显示,ash2⁺的缺失降低了spk1⁺编码区H3K4的二甲基化水平,造成spk1⁺mRNA水平的明显下调。在ash2Δ细胞中,虽然ste11⁺的转录水平没有变化,但Ste11的靶基因mei2⁺、mam2⁺和map3⁺的转录水平明显下降。在裂殖酵母中,组蛋白H3K4甲基转移酶复合物COMPASS的亚基Ash2通过调控二甲基化水平修饰从而调节MAPK信号通路,参与裂殖酵母的有性生殖,为建立表观遗传修饰与减数分裂之间的联系提供了新的线索。     

小鼠T-bet启动子荧光素酶报告基因载体的构建及活性鉴定

为了研究T-bet在T细胞中的转录调控机制,并研究其在多发性硬化症中的信号通路,本研究构建小鼠TBX21(编码T-bet)基因启动子区和增强子区萤火虫荧光素酶报告基因载体。在对小鼠TBX21基因5?侧翼区进行详尽生物信息学特征分析后,设计相应引物,用PCR的方法从小鼠基因组中扩增出TBX21基因5?侧翼区–1 000 bp-28 bp片段长为1 028 bp的启动子区(以翻译起始点ATG为+1)和–3 308 bp-–2 000 bp片段长为1308 bp的非编码区保守序列(No-coding conserved sequence,CNS),再用定向克隆的方法将这两个片段定向重组入专门用于启动子活性研究的萤火虫荧光素酶报告基因载体(p GL4.10)中,构建出包含小鼠TBX21基因启动子区和CNS区的萤火虫荧光素酶报告基因载体(p GL4.10-TBX21pr-CNS),电泳与测序鉴定,最后再将p GL4.10-TBX21pr-CNS与内参p RL-TK用lipofectamine 2000共转染293T细胞和Jurkat细胞中,通过双荧光素酶报告基因检测系统鉴定p GL4.10-TBX21pr-CNS的启动子和增强子活性,并用独立样本t检验方法进行统计分析。对照组共转染p GL4.10与内参p RL-TK。结果表明,成功构建出荧光素酶报告基因重组质粒p GL4.10-TBX21pr-CNS。与转染空质粒p RL-TK组相比,293T细胞(P=0.012 2)和Jurkat细胞(P=0.002 2)中转染p GL4.10-TBX21pr-CNS组荧光素酶活性升高。研究结果表明在293T细胞和Jurkat细胞中p GL4.10-TBX21pr-CNS可以表现出启动子活性,为后续小鼠T-bet转录调控研究提供了基本材料。     

组蛋白去甲基化酶UTX与胚胎发育及疾病关系

组蛋白3赖氨酸27(histone 3 lysine 27, H3K27)去甲基化酶UTX(ubiquitously transcribed tetratricopeptide repeat on chromosome X, UTX)为X染色体上重复的转录三十四肽,是组蛋白3赖氨酸4(histone 3 lysine 4, H3K4)甲基转移酶复合物MLL2(mixed-lineage leukemia 2, MLL2)中的一员,可调节同源基因HOX(homeobox, HOX)和视网膜母细胞瘤基因RB(retinoblastoma, RB)转录谱系. UTX与BRG1-SWI/SNF重塑复合物(Brg1-containing ATPase-dependent Swi/Snf chromatin-remodeling complex, BRG1-SWI/SNF)相互作用促进染色质重塑. 因其在细胞的正确再编程、胚胎发育和组织特异性分化中扮演重要角色,UTX失活或缺失会导致癌症、胚胎发育缺陷等疾病的发生. 本文将对近年来UTX在胚胎发育及与疾病关系方面的研究进展做一综述.     

小鼠不同细胞间组蛋白修饰变化对MafA基因转录表达的影响

目的通过比较不同细胞类型之间MafA基因转录起始区的组蛋白修饰差异,探讨组蛋白修饰对MafA基因转录表达的作用。方法采用染色质免疫共沉淀-实时定量PCR法检测小鼠胰岛素瘤β细胞（NIT-1）、NIH小鼠成纤维细胞（NIH3T3）及小鼠胚胎干细胞（mES）三者中的MafA和MLH1基因转录起始区组蛋白修饰（H3K4m3、H3K9m3和H3乙酰化）的状况。同时采用实时定量RT-PCR检测上述三种细胞各基因mRNA表达水平。分析基因的H3K4m3、H3K9m3和H3乙酰化修饰与基因表达之间的相互关系。结果 （1）以mES细胞为参照,NIT-1细胞MafA基因的转录起始区的H3K4m3修饰水平明显增高（P〈0.05）,H3K9m3修饰水平明显降低（P〈0.05）;NIH 3T3细胞MafA基因的转录起始区的H3K9m3修饰水平明显增高（P〈0.05）,H3K4m3修饰水平明显降低（P〈0.05）;（2）MafA基因的仅在NIT-1细胞表达,其表达与H3K4m3修饰存在直线相关（相关系数0.995）;与H3K9m3修饰存在直线负相关（相关系数-0.751）;（3）管家基因MLH1的表达与所检测组蛋白修饰无相关性。结论 H3K9m3与H3K4m3修饰能相互协调,共同调控MafA基因的表达,对胚胎干细胞向β细胞分化具有重要的意义。     

组蛋白变体H3.3 L27M突变与胶质瘤发生

组蛋白变体在基因表达等基本细胞过程中发挥重要调节功能。人类有5种H3变体,分别为H3.1、 H3.2、H3.3、着丝粒特异性CENP-A和睾丸特异性H3t。人H3.3有H3F3A和H3F3B两个基因编码。采用DNA全基因组测序的方法在儿童高级别胶质瘤如恶性胶质瘤（GBM）和弥漫性内在脑桥胶质瘤（DIPG）鉴定出高频的H3F3A突变。超过70%DIPG和30%GBM携带H3.3 K27M氨基酸错义突变（27位赖氨酸被甲硫氨酸代替）。H3.3 K27M通过与组蛋白H3K27甲基转移酶EZH2亚基相互作用而抑制多梳抑制复合物2（PRC2）活性并全面减少H3K27me3含量。因此H3.3 K27M突变重塑了表观修饰状态和基因表达模式,从而驱动肿瘤发生。K27M突变可作为分子标志物以更好区分儿童胶质瘤亚型,还可作为特异、敏感的预后标志物。通过抑制组蛋白去甲基化酶如JMJD3活性而增加H3K27甲基化可作为K27M突变胶质瘤治疗的有效策略。本文综述了组蛋白变体H3.3 K27M在胶质瘤中的突变模式、分子机制和临床应用。     

小鼠HMGB1启动子荧光素酶报告基因的构建及功能鉴定

利用PCR技术扩增小鼠高迁移率族蛋白1(HMGB1)基因启动子序列,构建小鼠HMGB1启动子荧光素酶报告基因pGL3-basic-HMGB1.经PCR、酶切及测序鉴定后,用脂质体法将pGL3-basic-HMGB1转入巨噬细胞264.7中,并应用萤光素酶测定系统检测其活性.检测结果显示pGL3-basic-HMGB1具有启动子活性.小鼠HMGB1启动子荧光素酶报告基因pGL3-basic-HMGB1的成功构建,为进一步研究HMGB1提供基本材料.     

含p21启动子的荧光素酶报告基因的构建和活性测定

目的:克隆p21基因的启动子,插入荧光素酶报告基因载体中,并检测其活性。方法:采用PCR技术从人乳腺癌细胞系MCF-7基因组中扩增出p21启动子,插入荧光素酶报告基因载体pGL3-basic中,确定所扩增的DNA序列,在293T细胞中检测其活性。结果:测序结果表明扩增的p21启动子序列正确,活性实验表明构建的报告基因具有启动子活性,雌激素受体(ER)α能以剂量依赖的方式升高p21报告基因的转录。结论:克隆了p21启动子,为ERα共调节子的功能研究提供了重要基础。     

含p27启动子的荧光素酶报告基因的构建和活性测定

目的:克隆p27基因的启动子,插入荧光素酶报告基因载体中,并检测其活性。方法:采用PCR技术从人乳腺癌细胞系MCF-7基因组中扩增出p27启动子,插入荧光素酶报告基因载体pGL3-basic中,确定所扩增的DNA序列,在293T细胞中检测其活性。结果:测序结果显示扩增的p27启动子序列正确,活性实验表明构建的报告基因具有启动子活性,雌激素受体(ER)α能以剂量依赖的方式升高p27报告基因的转录。结论:克隆了p27启动子,为ERα共调节子的功能研究提供了重要基础。     

人p53启动子萤光素酶报告基因的构建及其活性测定

目的：克隆p53基因的启动子,插入萤光素酶报告基因载体,并检测启动子活性。方法：采用PCR技术从人肝癌细胞系HepG2基因组中扩增人p53启动子,插入萤光素酶报告基因载体pGL4．0-empty,将重组质粒转染293T、ZR75-1、HepG2、A549细胞,测定p53启动子的转录活性。结果：构建了p53启动子的萤光素酶报告基因;通过测序及质粒酶切鉴定,所构建的p53启动子正确;活性实验表明,报告基因在多种细胞中显示构建的p53启动子活性,并呈现一定的剂量效应;转录因子USF能以剂量效应方式提高p53报告基因的转录活性。结论：克隆了人p53启动子,为进一步研究调控p53的转录因子奠定了基础。     

小鼠孤雌胚与体内正常胚H3K27三甲基化模式的差异

为了考察小鼠(Mus musculus)孤雌激活胚胎H3K27三甲基化模式与体内正常胚胎之间的差异,以及曲古抑菌素A(TSA)对孤雌胚H3K27三甲基化水平的影响,探究表观遗传修饰对孤雌胚胎发育的作用。首先,用H3K27me3特异性抗体对MⅡ期卵母细胞染色,利用激光共聚焦对其荧光强度进行检测,结果发现该时期的甲基化荧光强度相对较低。接着,采用同样的方法对小鼠孤雌胚胎和体内正常胚胎植入前各时期的H3K27me3模式进行比较,结果显示,从2-细胞到囊胚期孤雌组呈现逐渐升高的趋势,与体内组变化趋势完全相反,且总体平均荧光强度较体内组普遍偏低。孤雌胚胎经TSA处理后,处理组和未处理组在前三个时期虽然没有显著性差异(P0.05),但是处理之后的H3K27三甲基化水平有所提高,囊胚期与未处理组相比有显著性差异(P0.05)。以上结果表明,小鼠孤雌胚胎的H3K27三甲基化模式与体内胚胎之间存在着巨大的差异,这可能是造成孤雌胚胎发育能力差的重要原因之一。TSA处理对H3K27me3模式造成了一定的影响,使体外培养环境有所改善,这可能对提高孤雌胚胎发育能力具有一定的意义。     

八肋游仆虫大核基因组中组蛋白基因 H4A和H4B的克隆及分析

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。组蛋白的变体和修饰共同参与染色质修饰及基因的表达调控。真核生物细胞中的5种组蛋白在进化中高度保守,然而纤毛虫的组蛋白H4与其他真核生物相比有较大的差异。本实验应用PCR技术从八肋游仆虫(Euplotes octocarinatus)中获得了2种组蛋白H4基因,分别为H4A和H4B,GenBank登录号为:JN715068和JN715069。序列分析表明,H4A基因开放阅读框324 bp,预测编码107个氨基酸,分子量为11.6 ku,等电点为10.99。而H4B基因编码框384 bp,编码127个氨基酸,分子量为14.4 ku,等电点为9.93。Blast结果显示,H4A序列与其他生物中H4的一致性相对较高,达81%～94%,而H4B的一致性为36%～70%。H4A和H4B的一致性仅为44.7%。实时荧光定量PCR表明,H4A的转录本高于H4B。结果提示:在进化过程中八肋游仆虫可能进化出特殊的组蛋白H4基因,不同的组蛋白H4可能发挥不同的功能。     

Both combinatorial K4me0-K36me3 marks on sister histone H3s of a nucleosome are required for Dnmt3a-Dnmt3L mediated de novo DNA methylation

A nucleosome contains two copies of each histone H2A,H2B,H3 and H4.Histone H3 K4me0 and K36me3are two key chromatin marks for de novo DNA methylation catalyzed by DNA methyltransferases in mammals.However,it remains unclear whether K4me0 and K36me3 marks on both sister histone H3s regulate de novo DNA methylation independently or cooperatively.Here,taking advantage of the bivalent histone H3 system in yeast,we examined the contributions of K4 and K36 on sister histone H3s to genomic DNA methylation catalyzed by ectopically co-expressed murine Dnmt3a and Dnmt3L.The results show that lack of both K4me0 and K36me3 on one sister H3 tail,or lack of K4me0 and K36me3 on respective sister H3s results in a dramatic reduction of 5mC,revealing a synergy of two sister H3s in DNA methylation regulation.Accordingly,the Dnmt3a or Dnmt3L mutation that disrupts the interaction of Dnmt3aADD domain-H3K4me0,Dnmt3LADD domain-H3K4me0,orDnmt3aPWWP domain-H3K36me3 causes a significant reduction of DNA methylation.These results support the model that each heterodimeric Dnmt3a-Dnmt3L reads both K4me0 and K36me3 marks on one tail of sister H3s,and the dimer of heterodimeric Dnmt3a-Dnmt3L recognizes two tails of sister histone H3s to efficiently execute de novo DNA methylation.     

The role of H3K4me3 and H3K9/14ac in the induction by dexamethasone of Per1 and Sgk1, two glucococorticoid early response genes that mediate the effects of acute stress in mammals

Glucocorticoids are known to induce or repress the expression of a wide variety of genes with roles in various biological processes such as the circadian clock and the stress response. We studied the changes in the levels of two histone H3 post-translational modifications associated with active chromatin, H3 trimethylated at lysine 4 (H3K4me3) and H3 acetylated at lysines 9/14 (H3K9/14ac), that take place in the promoters of two glucocorticoid early response genes, Per1 and Sgk1, during their induction by the synthetic glucocorticoid, dexamethasone. Sgk1 mediates the effects of acute and chronic stress on the prefrontal cortex and other parts of the brain, while Per1 is a core circadian clock gene whose expression is strongly induced by the increased levels of blood-borne glucocorticoids that accompany acute and chronic stress. Here we show that dexamethasone rapidly increases the levels of H3K4me3 and H3K9/14ac in the promoters of both genes. Furthermore, the effect of dexamethasone on these genes, regarding both mRNA levels and the abundance of H3K4me3 and H3K9/14ac in their promoters, can be inhibited by the presence of nicotinamide, a metabolic molecule which has been shown to possess anxiolytic properties.     

In vivo evidence of enhanced di-methylation of histone H3 K4 on upregulated genes in adipose tissue of diabetic db/db mice

Di-methylation of histone H3 lysine (K) 4, a component of the epigenetic memory, is associated with gene transactivation. In this study, we examined whether the development of diabetes induces di-methylation of histone H3 K4 on the upregulated genes. We searched for upregulated genes in mesenteric adipose tissue of insulin-resistant/diabetic db/db mice compared with non-diabetic db/m mice using microarray analysis. We also performed chromatin immunoprecipitation assays for di-methylation of histone H3 K4 in the upregulated genes in mesenteric adipose tissue of db/m and db/db mice. Di-methylation of histone H3 K4 was enhanced at the upstream and/or transcribed regions of upregulated genes including Atp6v0d2, Mmp12, Trem2 and Clec4d genes in mesenteric adipose tissue of db/db mice, as compared with db/m mice. These results suggest that di-methylation of histone H3 K4 is involved in the induction of Atp6v0d2, Mmp12, Trem2 and Clec4d in mesenteric adipose tissue in db/db mice.