表觀遺傳組蛋白修飾途徑

日期：2024-01-29 14:43:00

已經(jīng)開展了與組蛋白修飾途徑和惡性腫瘤、癌變、細胞轉(zhuǎn)化、腫瘤、癌癥有關(guān)的疾病和紊亂研究。組蛋白修飾途徑的研究涉及甲基化、DNA 甲基化、組蛋白乙酰化、染色質(zhì)重塑和組蛋白甲基化。

組蛋白修飾和 DNA 甲基化是影響基因表達模式的表觀遺傳標記。如圖 1 所示，染色體 DNA 被組蛋白包裹，形成核小體。組蛋白可通過大量的翻譯后修飾（PTMs）進行修飾，尤其是在組蛋白尾部，這些修飾可發(fā)出信號并導(dǎo)致特定的基因表達或抑制模式。某些組蛋白修飾與 DNA 甲基化之間可能存在相互作用，從而進一步控制和調(diào)節(jié)基因表達。

圖1. 組蛋白修飾與DNA甲基化之間的相互作用

組蛋白有 5 個家族（H1-H5），分為兩組：核心組蛋白（H2A、H2B、H3 和 H4）和連接組蛋白（H1 和 H5）。前面提到的翻譯后修飾（PTM）包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化。這些修飾具有調(diào)節(jié)核小體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性以及染色質(zhì)結(jié)合蛋白招募的功能。在此，我們總結(jié)了兩種組蛋白修飾相互作用途徑，即H2A、H2B和H4相互作用途徑和H3相互作用途徑。

1. H2A、H2B 和 H4 交互途徑

一般來說，根據(jù)功能的不同，在組蛋白修飾并與組蛋白相互作用以影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄的過程中，有三種類型的酶，涉及寫入器、閱讀器和擦除器。寫入者是增加 PTM 的酶，而擦除者是去除 PTM 的酶。閱讀蛋白與 PTMs 結(jié)合，起到調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化和基因表達的作用。

本互動路徑討論了組蛋白 H2A、H2B 和組蛋白 H4 的寫入器和擦除器，以及它們修飾的氨基酸殘基。如圖 2 所示，組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATs）是對賴氨酸殘基進行乙酰化的寫入器，包括組蛋白 H2A Lys5、H2B Lys5、12、15、20 和 H4 Lys5、8、12、16。相反，這些殘基的去乙酰化是由被稱為組蛋白去乙酰化酶（HDAC）的清除劑完成的。賴氨酸殘基的乙酰化使染色質(zhì)可被轉(zhuǎn)錄因子利用，并能顯著提高基因表達。

然后，組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（KMTs）是將甲基添加到賴氨酸殘基上的寫入器，這些甲基可被稱為組蛋白賴氨酸去甲基化酶（KDMs）的清除器清除。賴氨酸可以是單甲基化、二甲基化或三甲基化，從而形成每個甲基化位點的功能多樣性。

此外，多種激酶和磷酸酶可分別對組蛋白上的絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸殘基進行磷酸化和去磷酸化。組蛋白磷酸化最著名的功能發(fā)生在細胞對 DNA 損傷的反應(yīng)過程中，磷酸化的組蛋白 H2A（X）會在 DNA 斷裂部位周圍劃分出大的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域。

最后，組蛋白泛素化是指76個氨基酸的泛素小分子與賴氨酸殘基連接在一起，這三種專門的酶被稱為E1激活酶、E2結(jié)合酶和E3連接酶。如果您想了解有關(guān)組蛋白修飾的更多信息或相關(guān)抗體產(chǎn)品，可點擊題為 "四種常見的組蛋白修飾 "的文章。

圖2. 組蛋白H2A、H2B和H4的書寫者和擦除者互動途徑

2. H3交互途徑

組蛋白H3是真核細胞中參與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的五種主要組蛋白之一，在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達調(diào)控中起著至關(guān)重要的作用。與其他四種組蛋白相比，組蛋白 H3 的修飾只涉及乙酰化、甲基化和磷酸化。如圖 2 所示，這些 PTM 可發(fā)生在組蛋白 H3 的不同殘基上，并調(diào)控涉及核組織、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和染色質(zhì)結(jié)合蛋白（又稱閱讀蛋白）招募的各種過程。