表观遗传组蛋白修饰途径

日期：2024-01-29 14:43:00

已经开展了与组蛋白修饰途径和恶性肿瘤、癌变、细胞转化、肿瘤、癌症有关的疾病和紊乱研究。组蛋白修饰途径的研究涉及甲基化、DNA 甲基化、组蛋白乙酰化、染色质重塑和组蛋白甲基化。

组蛋白修饰和 DNA 甲基化是影响基因表达模式的表观遗传标记。如图 1 所示，染色体 DNA 被组蛋白包裹，形成核小体。组蛋白可通过大量的翻译后修饰（PTMs）进行修饰，尤其是在组蛋白尾部，这些修饰可发出信号并导致特定的基因表达或抑制模式。某些组蛋白修饰与 DNA 甲基化之间可能存在相互作用，从而进一步控制和调节基因表达。

图1. 组蛋白修饰与DNA甲基化之间的相互作用

组蛋白有 5 个家族（H1-H5），分为两组：核心组蛋白（H2A、H2B、H3 和 H4）和连接组蛋白（H1 和 H5）。前面提到的翻译后修饰（PTM）包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化。这些修饰具有调节核小体结构和稳定性以及染色质结合蛋白招募的功能。在此，我们总结了两种组蛋白修饰相互作用途径，即H2A、H2B和H4相互作用途径和H3相互作用途径。

1. H2A、H2B 和 H4 交互途径

一般来说，根据功能的不同，在组蛋白修饰并与组蛋白相互作用以影响染色质结构和转录的过程中，有三种类型的酶，涉及写入器、阅读器和擦除器。写入者是增加 PTM 的酶，而擦除者是去除 PTM 的酶。阅读蛋白与 PTMs 结合，起到调节染色质结构变化和基因表达的作用。

本互动路径讨论了组蛋白 H2A、H2B 和组蛋白 H4 的写入器和擦除器，以及它们修饰的氨基酸残基。如图 2 所示，组蛋白乙酰转移酶（HATs）是对赖氨酸残基进行乙酰化的写入器，包括组蛋白 H2A Lys5、H2B Lys5、12、15、20 和 H4 Lys5、8、12、16。相反，这些残基的去乙酰化是由被称为组蛋白去乙酰化酶（HDAC）的清除剂完成的。赖氨酸残基的乙酰化使染色质可被转录因子利用，并能显著提高基因表达。

然后，组蛋白赖氨酸甲基转移酶（KMTs）是将甲基添加到赖氨酸残基上的写入器，这些甲基可被称为组蛋白赖氨酸去甲基化酶（KDMs）的清除器清除。赖氨酸可以是单甲基化、二甲基化或三甲基化，从而形成每个甲基化位点的功能多样性。

此外，多种激酶和磷酸酶可分别对组蛋白上的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基进行磷酸化和去磷酸化。组蛋白磷酸化最著名的功能发生在细胞对 DNA 损伤的反应过程中，磷酸化的组蛋白 H2A（X）会在 DNA 断裂部位周围划分出大的染色质结构域。

最后，组蛋白泛素化是指76个氨基酸的泛素小分子与赖氨酸残基连接在一起，这三种专门的酶被称为E1激活酶、E2结合酶和E3连接酶。如果您想了解有关组蛋白修饰的更多信息或相关抗体产品，可点击题为 "四种常见的组蛋白修饰 "的文章。

图2. 组蛋白H2A、H2B和H4的书写者和擦除者互动途径

2. H3交互途径

组蛋白H3是真核细胞中参与染色质结构的五种主要组蛋白之一，在染色质结构和基因表达调控中起着至关重要的作用。与其他四种组蛋白相比，组蛋白 H3 的修饰只涉及乙酰化、甲基化和磷酸化。如图 2 所示，这些 PTM 可发生在组蛋白 H3 的不同残基上，并调控涉及核组织、染色质结构和染色质结合蛋白（又称阅读蛋白）招募的各种过程。