1、精品文檔組蛋白翻譯后修飾的類型組蛋白和組蛋白翻譯后修飾通過影響染色質的結構來調控基因的表達，目前已成為表觀遺傳學研究的焦點之一。染色質是一系列核小體相互連接成的念珠狀結構。核小體的核心是由組蛋白H2A 、H2B、H3 、H4各兩個分子構成的八聚體 ,在八聚體的表面纏繞有1.75 圈的雙螺旋 DNA。相鄰的兩個核小體之間由 DNA連接 , 稱為纖絲 (fiber),在纖絲部位結合有組蛋白分子H1。在組蛋白H1 存在時 , 核小體之間緊密接觸, 形成直徑為 10nm的纖維狀結構。 這就是染色體構型變化的一級結構。在染色質中 , DNA 和組蛋白是染色質的穩定成分, 組蛋白與 DNA的含量之比接近

2、1 1 。組蛋白是染色質的主要蛋白質成分, 通過帶正電荷的氨基末端區域與帶負電荷的DNA骨架相互作用 , 對基因的表達有重要調控作用。染色體活性調控的一個重要的機制是組蛋白的可逆共價修飾，通常容易發生在組蛋白H3 和 H4 的 N 端尾部，組蛋白 H2A和 H2B的 N 和 C 末端，包括甲基化， 乙酰化，磷酸化， ADP-核糖基化， 泛素化和小分子類泛素化修飾，這些翻譯后修飾可改變組蛋白與DNA之間的相互作用，影響調控復合物與染色質結合的能力及染色質重塑，進而影響著細胞的多種功能。甲基化組蛋白甲基化是由組蛋白甲基化轉移酶（histonemethyltransferase， HMT）完成的。甲

3、基化可發生在組蛋白的賴氨酸和精氨酸殘基上，而且賴氨酸殘基能夠發生單、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節基因表達的復雜性。 甲基化的作用位點在賴氨酸（ Lys ）、精氨酸 （Arg ）的側鏈 N 原子上。組蛋白 H3的第 4、9、27和 36 位， H4 的第 20 位 Lys ， H3的第 2、l7 、26 位及 H4 的第 3 位Arg 都是甲基化的常見位點。研究表明·，組蛋白精氨酸甲基化是一種相對動態的標記，精氨酸甲基化與基因激活相關，而 H3 和 H4 精氨酸的甲基化丟失與基因沉默相關。相反，賴氨酸甲基化似乎是基因表達

4、調控中一種較為穩定的標記。例如，H3 第 4 位的賴氨酸殘基甲基化與基因激活相關，而第9 位和第27 位賴氨酸甲基化與基因沉默相關。此外，H4 K20 的甲基化與基因沉默相關，H3K36 和 H3 K79 的甲基化與基因激活有關。但應當注意的是，甲基化個數與基因沉默和激活的程度相關。乙酰化組蛋白乙酰化主要發生在H3、 H4的 N 端比較保守的賴氨酸位置上，是由組蛋白乙酰轉移酶和組蛋白去乙酰化酶協調進行。組蛋白乙酰化呈多樣性，核小體上有多個位點可提供乙酰化位點， 但特定基因部位的組蛋白乙酰化和去乙酰化是以一種非隨機的、位置特異的方式進行。 乙酰化可能通過對組蛋白電荷以及相互作用蛋白的影響，來調節

5、基因轉錄。 早期對染色質及其特征性組分進行歸類劃分時就有人總結指出：異染色質結構域組蛋白呈低乙酰化，常染色質結構域組蛋白呈高乙酰化。最近有研究發現， 某些 HAT復合物含有一些常見的轉錄因子，某些 HDAC復合物含有已被證實的阻遏蛋白。這些發現支持了高乙酰化與激活基因表達、低乙酰化與抑制基因表達有關的看法。3. 磷酸化組蛋白 H3 在有絲分裂過程中， 兩個絲氨酸殘基Ser10 和 Ser28 發生了磷酸化作用。 Ser10磷酸化組蛋白H3 首先出現在G2晚期的核周緣，Ser28 磷酸化組蛋白H3 緊隨其后出現，兩個位點的磷酸化在中期到達高峰，并擴展到染色體的所有部分。當細胞有絲分裂進入后期和末

6、期，組蛋白 H3Ser28 的磷酸化逐漸消退，而組蛋白 H3Ser10 磷酸化的熒光信號也逐漸從染色體上消失，此時在紡錘體中央部位出現Ser10 磷酸化 H3. 研究結果表明，組蛋白H3Ser10和 Ser28 的磷酸化與細胞有絲分裂染色體的凝集和解凝集過程有著時間和空間上的相關性。Ser10 和 Ser28 這兩個位點發生磷酸化作用，可使組蛋白H3氨基末端的正電荷數降低，改變了組蛋白一DNA間的相互作用， 這可能是導致染色質變構凝集的原因之一。根據激光共聚。1 歡迎下載精品文檔焦顯微分析表明，在有絲分裂后期和末期， Ser10 磷酸化組蛋白 H3 的熒光信號出現在中體位置， 在紡錘體中央形成

7、梯狀區帶， 隨后凝集成點狀成直線排列， 和分開的兩套染色體形成“三明治”樣結構。4. 泛素化組蛋白 H2A在 1975 年被首次發現有泛素化修飾,其泛素化修飾位點是高度保守的賴氨酸殘基 119 (K119) 位點。研究發現在大量高等真核生物中H2A總量的 5%15%被泛素化 , 除了在芽殖酵母中沒有發現泛素化的組蛋白H2A(ubiquitinated-H2A,uH2A)以外 ,在許多組織和細胞中都發現有多聚泛素化(polyubiquitination)的 H2A。研究還發現 ,組蛋白 H2A的泛素化能夠促進組蛋白H1 與核小體的結合, 促進多聚梳群蛋白(polycombgroup protei

8、n)的沉默, 還在 X染色體失活的起始過程中有重要作用。 除了 H2A以外 , 組蛋白 H2B也可以被泛素化修飾。盡管染色質中泛素化的組蛋白 H2B量并不多 , 約占 1%2%,但是在從芽殖酵母到人類的真核生物中廣泛分布。 研究還發現H2B的 123 位賴氨酸的泛素化還能影響H3的 79 位賴氨酸的甲基化。5. 組蛋白的其他修飾方式相對而言，組蛋白的甲基化修飾方式是最穩定的，所以最適合作為穩定的表觀遺傳信息。而乙酰化修飾具有較高的動態，另外還有其他不穩定的修飾方式，如腺苷酸化、ADP核糖基化等等。 這些修飾更為靈活的影響染色質的結構與功能，通過多種修飾方式的組合發揮其調控功能。 所以有人稱這些能被專識別的修飾信息為組蛋白密碼。這些組蛋白密碼組合變化非常多，因此組蛋白共價修飾可能是更為精細的基因表