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1.組蛋白乙酰化核心組蛋白乙酰化反應(yīng)多發(fā)生在核心組蛋白N端堿性氨基酸集中區(qū)的特定Lys殘基。組蛋白乙酰化由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histoneacetyltransferase,HAT)和組蛋白去乙酰化酶(histonedeacetylase,HDAC)協(xié)調(diào)進(jìn)行。HAT通過(guò)將乙酰輔酶A的乙酰基轉(zhuǎn)移到Lys的NH+,中和掉一個(gè)正電荷。HDAC使組蛋白去乙酰化,與帶負(fù)電荷的DNA緊密結(jié)合,染色質(zhì)致密卷曲,基因的轉(zhuǎn)錄受到抑制。分子效應(yīng):乙酰化可能通過(guò)對(duì)組蛋白電荷以及相互作用蛋白的影響,增加組蛋白與DNA的排斥力,來(lái)調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白的乙酰化有利于DNA與組蛋白八聚體的解離,核小體結(jié)構(gòu)松弛,從而使各種轉(zhuǎn)錄因子和協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子能與DNA結(jié)合位點(diǎn)特異性結(jié)合,激活基因的轉(zhuǎn)錄。同時(shí)影響泛素與組蛋白的H2A的結(jié)合,導(dǎo)致蛋白質(zhì)的選擇性降解。通常,異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域組蛋白呈低乙酰化,常染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域組蛋白呈高乙酰化。酵母組蛋白乙酰化與去乙酰化的調(diào)節(jié)組蛋白乙酰化調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的機(jī)制組蛋白乙酰化引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變及基因轉(zhuǎn)錄活性變化的至少包括以下幾個(gè)方面:①組蛋白尾部賴(lài)氨酸殘基的乙酰化能夠使組蛋白攜帶正電荷量減少,降低其與帶負(fù)電荷的DNA鏈的親和性,導(dǎo)致局部DNA與組蛋白八聚體解開(kāi)纏繞,從而促使參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的各種蛋白因子與DNA特異序列結(jié)合,進(jìn)而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用;②組蛋白的N末端尾巴可與參與維持染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的多種蛋白質(zhì)相互作用,更加穩(wěn)定了核小體的結(jié)構(gòu)。而組蛋白乙酰化卻減弱了上述作用,阻礙了核小體裝配成規(guī)則的高級(jí)結(jié)構(gòu)(如螺線管);③組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶(HAT)對(duì)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子或活化因子進(jìn)行乙酰化修飾以調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。如CBP/P300對(duì)P53的乙酰化可增強(qiáng)其特異性DNA結(jié)合能力、轉(zhuǎn)錄激活能力,并延長(zhǎng)其半衰期。局部乙酰化舉例當(dāng)DNA與核小體尚未解開(kāi)纏繞時(shí),轉(zhuǎn)錄激活因子如糖皮質(zhì)激素受體可以和DNA上相應(yīng)的反應(yīng)元件(GRE)結(jié)合。當(dāng)結(jié)合至GRE之后,糖皮質(zhì)激素募集共激活因子如CBP到染色體上的靶轉(zhuǎn)錄基因區(qū)。此時(shí),共激活因子利用HAT活性使得結(jié)合在DNA啟動(dòng)子區(qū)域的核心組蛋白乙酰化,進(jìn)而使DNA與組蛋白結(jié)合減弱,核小體釋放,轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶可以與DNA上特異的啟動(dòng)子結(jié)合,啟動(dòng)靶基因的轉(zhuǎn)錄。2.組蛋白的甲基化組蛋白甲基化是由組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶(histonemethyltransferase,HMT)完成的。甲基化可發(fā)生在組蛋白的賴(lài)氨酸和精氨酸殘基上,而且賴(lài)氨酸殘基能夠發(fā)生單、雙、三甲基化,而精氨酸殘基能夠單、雙甲基化,這些不同程度的甲基化極大地增加了組蛋白修飾和調(diào)節(jié)基因表達(dá)的復(fù)雜性。

研究表明,組蛋白精氨酸甲基化是一種相對(duì)動(dòng)態(tài)的標(biāo)記,精氨酸甲基化與基因激活相關(guān),而H3和H4精氨酸的甲基化丟失與基因沉默相關(guān)。相反,賴(lài)氨酸甲基化似乎是基因表達(dá)調(diào)控中一種較為穩(wěn)定的標(biāo)記。組蛋白甲基化的調(diào)節(jié)機(jī)制1.H3-K9甲基化與異染色質(zhì)的形成:人們?cè)槍?duì)異染色質(zhì)的形成提出過(guò)一個(gè)模型:首先組蛋白脫乙酰酶使H3中的K9、K14脫乙酰化,然后Suv39h1或Clr4對(duì)H32K9進(jìn)行甲基化,H32K9的甲基化再影響DNA的甲基化,隨后甲基化的H32K9做為一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)招募HP1或Swi6蛋白的定位,最后HP1/Swi6通過(guò)它們的shadow染色質(zhì)結(jié)合區(qū)域定位在C末端,進(jìn)而形成異染色質(zhì)的多聚體。2.H32K9甲基化對(duì)常染色體中基因表達(dá)調(diào)控的影響:3.組蛋白其他位點(diǎn)上發(fā)生甲基化與基因表達(dá)的關(guān)系:大量實(shí)驗(yàn)表明H32K9甲基化的功能與基因沉默有關(guān),但其它位點(diǎn)甲基化可能存在激活轉(zhuǎn)錄作用。4.組蛋白甲基化與DNA甲基化:H32K9的甲基化可以直接或間接影響DNA的甲基化,DNA甲基化可能是組蛋白甲基化的間接結(jié)果3.組蛋白的磷酸化組蛋白共價(jià)修飾間的關(guān)系組蛋白不同修飾之間的關(guān)系乙酰化一般是活性染色質(zhì)的標(biāo)志,而甲基化和磷酸化則在活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)中都存在。組蛋白H3K9的甲基化在調(diào)節(jié)基因表達(dá)、染色質(zhì)組裝和異染色質(zhì)形成過(guò)程發(fā)揮重要作用。H3S10的短暫磷酸化足以使H3K9甲基化引起的染色質(zhì)濃縮變得疏松。這是一個(gè)兩種組蛋白同時(shí)調(diào)節(jié)染色質(zhì)組裝狀態(tài)的例子:穩(wěn)定的甲基化和動(dòng)態(tài)的磷酸化標(biāo)記。組蛋白的其他修飾方式相對(duì)而言,組蛋白的甲基化修飾方式是最穩(wěn)定的,所以最適合作為穩(wěn)定的表觀遺傳信息。而乙酰化修飾具有較高的動(dòng)態(tài),另外還有其他不穩(wěn)定的修飾方式,如磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等等。這些修飾更為靈活的影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能,通過(guò)多種修飾方式的組合發(fā)揮其調(diào)控功能。組蛋白修飾的生物學(xué)意義尤其是組蛋白乙酰化、甲基化修飾能為相關(guān)調(diào)控蛋白提供其在組蛋白上的附著位點(diǎn),改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)和活性。一般來(lái)說(shuō),組蛋白乙酰化能選擇性的使某些染色質(zhì)區(qū)域的結(jié)構(gòu)從緊密變得松散,開(kāi)放某些基因的轉(zhuǎn)錄,增強(qiáng)其表達(dá)水平。而組蛋白甲基化既可抑制也可增強(qiáng)基因表達(dá)。乙酰化修飾和甲基化修飾往往是相互排斥的。在細(xì)胞有絲分裂和凋亡過(guò)程中,磷酸化修飾能調(diào)控蛋白質(zhì)復(fù)合體向染色質(zhì)集結(jié)。有絲分裂過(guò)程也與特異性組蛋白修飾有顯著的相關(guān)性。在有絲分裂過(guò)程中,有數(shù)個(gè)組蛋白磷酸化反應(yīng),其中大多數(shù)由AuroraB激酶催化。特異性組蛋白修飾可在有絲分裂的不同階段檢測(cè)到,在細(xì)胞核分裂中發(fā)揮多種功能。組蛋白修飾還參與DNA損傷和凋亡。在凋亡的級(jí)聯(lián)反應(yīng)中,激酶(包括CHK1和CHK2)的主要

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