2023年1月10日基因表達的表觀遺傳調控

（epigeneticsofgeneexpression）

侯琳一、基因表達是指基因轉錄及翻譯的過程基因組(genome)來自一個生物體的一整套遺傳物質。是基因轉錄及翻譯的過程，即：生成具有生物學功能產物的過程。基因表達(geneexpression)基因表達是受調控的。二、基因表達具有時間特異性和空間特異性（一）時間特異性按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發生，稱之為基因表達的時間特異性(temporalspecificity)。

多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。（二）空間特異性基因表達伴隨時間順序所表現出的這種分布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。在個體生長全過程，某種基因產物在個體按不同組織空間順序出現，稱之為基因表達的空間特異性(spatialspecificity)。三、基因表達的方式及調節存在很大差異按對刺激的反應性，基因表達的方式分為：基本（或組成性）表達誘導或阻遏表達（一）基本（或組成性）表達某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續表達，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。無論表達水平高低，管家基因較少受環境因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數或幾乎全部組織中持續表達，或變化很小。區別于其他基因，這類基因表達被視為組成性基因表達(constitutivegeneexpression)。（二）適應性表達在特定環境信號刺激下，相應的基因被激活，基因表達產物增加，這種基因稱為可誘導基因(induciblegene)。可誘導基因在特定環境中表達增強的過程，稱為誘導(induction)。

如果基因對環境信號應答是被抑制，這種基因是可阻遏基因(repressiblegene)。可阻遏基因表達產物水平降低的過程稱為阻遏(repression)。在一定機制控制下，功能上相關的一組基因，無論其為何種表達方式，均需協調一致、共同表達，即為協調表達(coordinateexpression)，這種調節稱為協調調節(coordinateregulation)。基因表達調控呈現多層次和復雜性基因表達的多級調控基因激活拷貝數重排甲基化程度轉錄起始轉錄后加工mRNA降解蛋白質翻譯翻譯后加工修飾蛋白質降解等轉錄起始生物遺傳信息表達正確與否，既受控于DNA

序列，又受制于表觀遺傳學信息。表觀遺傳學主要通過DNA

修飾、蛋白質修飾與非編碼RNA

調控3

個層面上調控基因表達。2023年1月10日112023年1月10日11表觀遺傳學發展歷史1939年，WaddingtonCH首先在《現代遺傳學導論》中提出了epigenetics這一術語。1942年定義為生物學的分支，研究基因與決定表型的基因產物之間的因果關系。1975年，HollidyR對表觀遺傳學進行了較為準確的描述。1996年JamesG

Herman和StephenBBaylin

發明MSP技術，并發現腫瘤細胞中抑癌基因啟動子區CpG呈高甲基化狀態。2023年1月10日12概述表觀遺傳學（epigenetics）

：指在DNA序列不發生改變的情況下，基因的表達水平與功能發生改變，并產生可遺傳的表型。可遺傳的，即這類改變通過有絲分裂或減數分裂，能在細胞或個體世代間遺傳；可逆性的基因表達調節，也有較少的學者描述為基因活性或功能的改變；沒有DNA序列的改變或不能用DNA序列變化來解釋。2023年1月10日12ASymphonicExample2023年1月10日14概述表觀遺傳學的研究內容：基因轉錄后的調控基因組中非編碼RNA微小RNA（miRNA）反義RNA基因選擇性轉錄表達的調控DNA甲基化組蛋白共價修飾染色質重塑基因印記X染色體失活2023年1月10日142023年1月10日15概述2023年1月10日15遺傳與表觀遺傳2023年1月10日16概述2023年1月10日16基因組與表觀基因組經組織歸類的信息2023年1月10日172023年1月10日表觀遺傳學機制DNA甲基化117組蛋白修飾2染色質重塑3RNA調控4DNA甲基化1一、DNA甲基化（DNAmethylation）甲基化是指生物分子在特定的酶系統催化下加上甲基（-CH3）的生物化學反應，是普遍存在原核生物和真核生物中的DNA

修飾作用。甲基化沒有改變基因序列，但對基因表達起調控作用。在哺乳動物DNA

分子中，甲基化一般發生在胞嘧啶（C）堿基上。在DNA

甲基轉移酶（DNAmethyltransferases,DNMTs）催化下，甲基從S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethione）轉移至胞嘧啶5

位上，形成5-

甲基胞嘧啶（m5C）。2023年1月10日19一、DNA甲基化2023年1月10日

DNA甲基化(DNAmethylation)是研究得最清楚、也是最重要的表觀遺傳修飾形式，主要是基因組DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基間的共價結合，胞嘧啶由此被修飾為5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5mC)。DNMT1SAM胞嘧啶5-甲基胞嘧啶胞嘧啶甲基化反應

19S-腺苷甲硫氨酸DNA序列中的四種堿基/核苷DEAMINATIONDeamination:去氨基化反應AnenzymetoremoveitfromDNA:uracil-N-glycosylase.2023年1月10日22一、DNA甲基化（DNAmethylation）在發生甲基化的胞嘧啶后通常緊跟著一個鳥嘌呤（G）堿基。因此，通常稱胞嘧啶-

磷酸-

鳥嘌呤或CpG

的甲基化。在基因組中富含CpG

位點的區域稱為CpG

島（CpGislands），其大小為1000-2000bp，人基因組序列約有29,000CpG島，約60%的人基因與CpG

島關聯。

基因調控元件(如啟動子)所含CpG島中的5mC會阻礙轉錄因子復合體與DNA的結合。DNA甲基化一般與基因沉默相關聯；非甲基化一般與基因的活化相關聯；而去甲基化往往與一個沉默基因的重新激活相關聯。2023年1月10日22甲基化所致的轉錄抑制的可能機制直接干擾機制(1)脊椎動物基因的甲基化狀態有三種：（1）高度甲基化狀態,

如女性兩條X

染色體中的一條處于失活狀態；（2）持續的低甲基化狀態,

如細胞存活所需的一直處于活性轉錄狀態的管家基因；（3）去甲基化狀態,

如生物發育的某一階段或細胞分化的某種狀態下，原先處于甲基化狀態的基因，也可以被誘導去除甲基化，而出現轉錄活性。健康人基因組中，CpG島中的CpG位點通常是處于非甲基化狀態，而在CpG島外的CpG

位點則通常是甲基化的。這種甲基化的形式在細胞分裂的過程中能夠穩定的保留。當腫瘤發生時，抑癌基因CpG島以外的CpG

序列非甲基化程度增加，而CpG

島中的CpG

則呈高度甲基化狀態，以致于染色體螺旋程度增加及抑癌基因表達的丟失。2023年1月10日27一、DNA甲基化2023年1月10日275’3’CpG島主要處于基因5’端調控區域。啟動子區域的CpG島一般是非甲基化狀態的，其非甲基化狀態對相關基因的轉錄是必須的。目前認為基因調控元件（如啟動子）的CpG島中發生5mC修飾會在空間上阻礙轉錄因子復合物與DNA的結合。因而DNA甲基化一般與基因沉默相關聯。Rb基因CpG

頻率兩種甲基化酶

DNA甲基化轉移酶(DNAmethyltransferase,DNMT),真核生物細胞內存在兩種甲基化酶活性：一種被稱為日常型（maintenance）甲基轉移酶，另一種是從頭合成（denovosynthesis）甲基轉移酶。前者主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應的胞嘧啶甲基化。二、真核生物的DNA甲基轉移酶1.哺乳動物:DNMT1,DNMT3A,DNMT3B，DNMT3L,DNMT22.擬南芥：DRM2,MET1，DNMT2,CMT33.粗糙脈孢菌(Neurospora

crassa):DIM2,dim-5,RIDDNA甲基轉移酶哺乳動物的DNA甲基轉移酶?daughterstrand?daughterstrandDNMT1:maintenancemethyltransferasesDNMT3A&DNMT3B:denovo

methyltransferases–胚胎移植過程中高表達DNA甲基化與去甲基化DNA甲基化狀態通過從頭甲基化、維持甲基化和去甲基化3個過程受到調節。在不同組織或同一類型細胞的不同發育階段，基因組DNA各CpG位點甲基化狀態的差異構成基因組DNA甲基化譜，組織特異的DNA甲基化譜是哺乳動物基因組的顯著特征。Dnmt3a&Dnmt3b對哺乳動物的發育至關重要三、DNA去甲基化1.DNA去甲基化(DNAdemethylation):5甲基胞嘧啶(5mC)替代成胞嘧啶的過程2.兩種方式(1)主動去甲基化(ActiveDNAdemethylation)A.Bonafide

demethylationB.Indirectdemethylation(2)復制相關的去甲基化(Replication-coupledDNAdemethylation)ActiveDNAdemethylation1.5-甲基胞嘧啶去甲基化酶將5-甲基胞嘧啶水解成胞嘧啶2.5-甲基胞嘧啶/DNA糖基化酶將5-甲基胞嘧啶從磷酸二脂鍵骨架中切除，然后通過內切酶修復5-甲基胞嘧啶去甲基化酶5-甲基胞嘧啶/DNA糖基化酶四、DNA甲基轉移酶抑制劑1.核苷類DNA甲基轉移酶抑制劑2.非核苷類DNA甲基轉移酶抑制劑(五)DNA甲基化與腫瘤

現已明確DNA的甲基化與腫瘤的發生有著密切的聯系，DNA甲基化在腫瘤的發生和發展中扮演著極其重要的角色，其異常是通過影響癌基因和抑瘤基因的表達以及基因組的穩定性而參與腫瘤的發生和發展的。

近來人們發現腫瘤細胞的總基因組甲基化水平比正常細胞低，但是伴有某些特定CpG島甲基化程度的增高。抑癌基因的高度廣泛甲基化使DNA發生轉錄抑制，抑癌基因的不能表達參與了腫瘤的發生。近年來，癌基因和抑癌基因的甲基化與腫瘤的發生和發展之間的關系已成為腫瘤研究的另一熱點。

癌基因的低甲基化和抑癌基因的高甲基化

腫瘤細胞的總體甲基化水平比正常細胞低，這是癌變早期的一種分子異常現象。基因組范圍的DNA低甲基化會增加染色體的不穩定性，促使原來處于沉默狀態的基因如生長促進基因，特別是原癌基因的表達，促進細胞惡性轉化。多種癌基因如c-raf、c-myc、c-fos等在腫瘤組織中普遍低甲基化，且隨著腫瘤的發展低甲基化程度愈發明顯，那些原癌基因甲基化程度更低的腫瘤表現出更大的惡性侵襲能力。

在腫瘤細胞總體甲基化水平降低的同時也伴有某些CpG島甲基化程度升高，主要表現為調控基因啟動子的異常甲基化，由此導致的調控基因的沉默是癌癥產生的重要途徑。如在循環系統的腫瘤細胞中就發現許多基因的過度甲基化，這導致腫瘤抑制基因、DNA修復基因和轉移抑制基因的失活，并使這些基因成為突變靶點，失去對細胞周期和細胞分化的控制。

許多腫瘤細胞的p53基因由于其啟動子區域(-199~+142bp)中15個CpG位點的甲基化而失去轉錄活性。腫瘤轉移抑制基因Ecadhersn在乳腺癌和前列腺癌中的低表達也是啟動子區高甲基化的結果。

DNA甲基化對生命過程非常重要，它是為人所熟知的基因外遺傳信號。目前在腫瘤和基因紊亂性遺傳病中，DNA甲基化處于中心環節，而且治療的可能性也很明確，因為突變過程是經常發生的，而甲基化過程是可逆轉的。

DNA甲基化與癌

DNA甲基化在腫瘤形成中起作用的假設已提出很多年。大量的研究顯示腫瘤細胞中DNA甲基轉移酶的活性出現異常，細胞中常有總DNA甲基轉移酶活性增加，正常甲基化位點中的甲基化廣泛丟失，更多區域的高甲基化。DNA甲基化可能以下列機制中的一種或多種對腫瘤形成起作用。

DNA甲基化與臨床

DNA甲基化可作為腫瘤標記物

DNA甲基化可作為治療的目標

DNA甲基化與藥物耐受的逆轉

DNA甲基化可作為腫瘤標記物

1、腫瘤早期診斷：不同的人體組織發現，肌肉或者肝臟中的同一種基因，其甲基化模式差異卻非常明顯。這一研究結果為DNA甲基化在不同組織上具有不同模式提供了“確定性的證據”。這也為腫瘤的早期診斷提供了一定的依據。而腫瘤早期診斷對腫瘤治療非常重要。

以前腫瘤診斷主要集中在腫瘤特異性DNA的鑒定、分析。如抑癌基因的突變，由于突變位點的不確定性，限制了對腫瘤的廣泛篩選。相比而言，DNA甲基化對腫瘤的診斷很有用，因為對于某一腫瘤，DNA甲基化變化不存在個體差異。利用MSP（methylation-specificPCR）就可建立一種高度敏感而且普遍實用的診斷方法。

腫瘤特異性DNA早期檢測可利用非原發位點的標本，例如肺癌患者可以檢測痰標本、前列腺癌患者可以檢測尿標本。腫瘤患者血清還可以檢測到大量的腫瘤DNA。令人興奮的是肺癌患者痰標本和癌組織，二個甲基化標記物中總有一個出現陽性，而且現有方法臨床確診的3年前，痰液里就可以檢測到該腫瘤特異性甲基化變化。

2、DNA甲基化狀態分析還可用于腫瘤的預測。血清游離腫瘤DNA，是腫瘤治療監測的一種手段，而游離DNA甲基化檢測同樣可作為腫瘤形成過程和藥物治療的監測手段。DNA甲基化可作為治療的目標

雖然遺傳性與外遺傳機制對腫瘤的形成有相同的地位，由于對腫瘤形成的基本原理的差異，抗腫瘤治療也就有潛在的意義。首先，遺傳性的變化是固定的，基因的失活是不可逆轉的，外遺傳變化不影響基因序列，因而是可逆的。外遺傳所致的基因失活可以從兩個不同方面減輕：抑制DNA甲基化和抑制組蛋白的脫乙酰基作用。

在體外，DNA甲基化和組蛋白脫乙酰基作用的抑制劑可以調節基因的轉錄活性。DNA甲基化特異性抑制劑5’-AzaDc在實驗中得到廣泛的應用，在臨床上已用于對急性白血病和脊髓發育不良的治療。DNA甲基化抑制劑最大的缺陷是缺乏特異性，它可導致處于抑制狀態的基因恢復活性，從而限制甲基化抑制劑的應用。特異性DNA甲基化抑制劑的研究就顯得很重要。

DNA甲基化與藥物耐受的逆轉

化療藥物廣泛用于腫瘤的治療，但其固有的或獲得性的藥物耐受對腫瘤治療的有效性具有不可預知性。如果知道藥物耐受的細胞和分子機制，就可以設計和使用相應的化療藥物。藥物耐受通過DNA甲基化作用而逆轉，這也可能為一條有效途徑。

多種化療藥物是通過感應細胞的生理性死亡程序如凋亡而對易感細胞起作用，因此，反常基因的激活和凋亡可能是藥物耐受的主要機制。一個顯著的例子就是細胞毒素性藥物如阿霉素和順鉑的耐受與凋亡相關蛋白caspase-8的減少相關，采用5’-AzaDc治療，使caspase-8啟動子脫甲基化，caspase-8重新表達，那么可以恢復化療的敏感性。

問題與展望

低甲基化激活原癌基因、高甲基化使腫瘤抑制基因轉錄失活等因素均可導致腫瘤形成。DNA甲基化的選擇性調節在臨床上可以用來預防和治療癌。最近已經將DNA甲基化和組蛋白去乙酰基作用兩種整體機制聯系起來作進一步研究。

DNA甲基化對腫瘤形成的作用是多方面的、多層次的、多角度的，真正闡明

DNA甲基化和組蛋白去乙酰基與腫瘤的關系，還需了解各種機制之間的關系。DNA甲基化和組蛋白修飾的研究對腫瘤的形成、早期診斷、治療、藥物耐受和預防開辟了一條新的道路。2023年1月10日58二、組蛋白修飾組蛋白修飾是表觀遺傳研究的重要內容。組蛋白的N端是不穩定的，其延伸至核小體以外，會受到不同的化學修飾，這種修飾往往與基因的表達調控密切相關。被組蛋白覆蓋的基因如果要表達，首先要改變組蛋白的修飾狀態，使其與DNA的結合由緊變松，這樣靶基因才能與轉錄復合物相互作用。因此，組蛋白是重要的染色體結構維持單元和基因表達的負控制因子。2023年1月10日582023年1月10日59二、組蛋白修飾（histonemodification）2023年1月10日59DNAPacking1.如何將10,000公里長的蠶絲(半徑~10-5米)裝入一個籃球中。2.蠶絲的體積：3.14*10-3m33.折疊、纏繞…染色體上不同的區域Euchromatin:常染色質；Heterochromatin:異染色質E->H或H->E稱為染色質重塑(ChromatinRemodeling)分子機理：DNA甲基化，組蛋白修飾，染色質重塑復合物的協同作用。常染色質與異染色質1.常染色質：基因表達活躍的區域，染色體結構較為疏松

2.異染色質：基因表達沉默的區域，染色體結構致密常染色質異染色質核小體組蛋白與核小體組蛋白?有五種類型：H1、H2A、H2B、H3、H4?富含帶正電荷的堿性氨基酸（Arg和Lys）,能夠同DNA中帶負電荷的磷酸基團相互作用?是一類小分子堿性蛋白質?組蛋白是已知蛋白質中最保守的Histonevariants組蛋白修飾組蛋白修飾（2）2023年1月10日69二、組蛋白修飾2023年1月10日69主要的功能基團AcetylMethylPhosphorylUbiquitinEpigeneticdifferences：monozygotictwins5mCH4乙酰化H3乙酰化內容綱要一、組蛋白的乙酰化二、組蛋白的甲基化三、組蛋白的磷酸化四、組蛋白的泛素化五、組蛋白的SUMO化六、組蛋白密碼一、組蛋白的乙酰化1.通常發生在蛋白質的賴氨酸(K)上；2.可逆的生化反應：

A.Histone

acetyltransferase，HAT(>30)B.Histone

deacetylase,HDAC(18)3.分子效應：中和賴氨酸上的正電荷，增加組蛋白與DNA的排斥力4.生物學功能：基因轉錄活化B.DNA損傷修復組蛋白的乙酰化中和賴氨酸的正電荷，C=O具有一定的負電，能夠增加與DNA的斥力，使得DNA結構變得疏松，從而導致基因的轉錄活化HATs：轉乙酰基酶HDACs1.ClassI：HDAC1,HDAC2,HDAC3,HDAC8(定位于細胞核)2.ClassII：HDAC4,HDAC5,HDAC6,HDAC7A,HDAC9,HDAC10(能夠在細胞核與胞質間轉運)3.ClassIII：Sirtuins(SIRT1,SIRT2,SIRT3,SIRT4,SIRT5,SIRT6,SIRT7)4.ClassIV：HDAC11HDACInhibitor1.主要針對ClassicalHDACs；2.激活保護性基因的表達3.抗腫瘤新藥賴氨酸引入乙酰基乙酰基轉移酶去乙酰化酶組蛋白乙酰化對染色質結構及

基因轉錄的影響

組蛋白乙酰化引起染色質結構改變及基因轉錄活性變化的機制：①組蛋白尾部賴氨酸殘基的乙酰化能夠使組蛋白攜帶正電荷量減少，降低其與帶負電荷的DNA鏈的親和性，導致局部DNA與組蛋白八聚體解開纏繞，從而促使參與轉錄調控的各種蛋白因子與DNA特異序列結合，進而發揮轉錄調控作用；

②組蛋白的Ｎ末端尾巴可與參與維持染色質高級結構的多種蛋白質相互作用，更加穩定了核小體的結構。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則的高級結構（如螺線管）；③組蛋白乙酰基轉移酶對相關的轉錄因子或活化因子進行乙酰化修飾以調節基因的表達。二、組蛋白的甲基化1.主要發生在賴氨酸(K)或精氨酸(R)上；2.Long-term；3.HKMTs(histonelysinemethyltransferases)vs.PRMTs(proteinargininemethyltransferases)4.可逆的生化反應?5.分子效應：增加賴氨酸上的疏水力6.生物學功能：

A.基因轉錄活化

B.基因轉錄沉默

C.X染色體失活

D.異染色質致密狀態(heterochromatincompaction)精氨酸和賴氨酸甲基化的過程目前發現24個組蛋白甲基化位點，其中17個位于賴氨酸，其他7個位于精氨酸。賴氨酸可以是單甲基化、雙甲基化和三甲基化，精氨酸也可以是單甲基化或者雙甲基化。如果把這3種甲基化狀態都考慮在內，應該一共有3×1011種組蛋白甲基化組合狀態，復雜的組合為組蛋白甲基化發揮功能調控作用提供更大的潛能。

賴氨酸甲基化1.Mono-,di-ortri-methylation2.H3K9&H3K27的tri-methylation是沉默的異染色質的主要特征3.H3K9的di-methylation對于常染色質的基因表達是必需的4.H4K20的tri-methylation是癌癥中的一個普遍現象5.有絲分裂期間，在動粒(centromere)附近的H3K9的trimethylation負責保證染色體順利完成分裂6.在活化基因的5’端和啟動子區域，甲基化出現的模式為：

A.H4K20的mono-methylation

B.H3K4的di-ortri-methylation

C.H3K79的di-methylation組蛋白賴氨酸甲基化與轉錄RNApolymeraseII(PolII)定位到基因啟動子區域，與H3K4&H3K36的甲基轉移酶Set1,Set2&Dot1相互作用；Activator(Act)招募Rad6-Bre1復合物，并加載到PolII上Rad6-Bre1泛素化H2B，促使H3K4和H3K79的甲基化；轉錄延長過程中，PolII的Ser2被磷酸化，促使Set1分離下來；第一輪轉錄后，基因被標記為H3K4,H3K36&H3K79甲基化H3K4被Chd1識別后結合，招募SAGA復合物；SAGA復合物乙酰化組蛋白轉錄保持激活

哈佛大學的分子生物學家施洋及其同事在2004年12月16日的《細胞》雜志網絡版上報告：他們發現了一種組蛋白去甲基酶，命名為"賴氨酸特異性去甲基酶1(LSD1)"(lysine-specificdemethylase1)。這種酶能使某種組蛋白尾部的一個氨基酸--賴氨酸失去甲基。某些類型的白血病、結腸癌等疾病，被認為可能與錯誤的甲基化過程有關，組蛋白去甲基酶可能成為頗有潛力的藥物標靶。

甲基轉移酶去甲基酶使組蛋白失去甲基ShiYJ,LanF,MatsonC,etal.Histone

demethylation

mediatedbythenuclearamineoxidase

homologLSD1.Cell,2004,119(7):941～953JmjcproteinsJHDM1A:H3K36的去甲基酶,mono-&dirJHDM2:H3K9的去甲基酶,mono-&dirJHDM3/JMJD2:H3K9orH3K36的di-&tri-me組蛋白甲基化的遺傳PC:Polycomb；招募PRC2/EZH2，甲基化子染色質上的H3K27;PR-SET7:H4K20特異性的轉甲基酶，通過未知蛋白質，修飾子染色質上的H4K20表觀遺傳信息的傳遞！三、組蛋白的磷酸化1.磷酸化：絲氨酸(S)/蘇氨酸(T)2.轉錄調控：H3K10被Rsk-2磷酸化3.H4S1的磷酸化：異染色質的形成4.DNArepair:H2AX(組蛋白2A變異體)磷酸化H3的磷酸化1.H3K10和H3K28的磷酸化H3的磷酸化1.IKKα磷酸化H3K10，促進NF-κB的表達；2.MSK1&MSK2:促進c-fos&c-jun的表達H3磷酸化的功能：基因表達H4S1的磷酸化常染色質的H4S1被磷酸化之后

A.直接形成致密的異染色質；

B.招募HP1，形成異染色質；

C.促使組蛋白異構體的替換。H2AX的磷酸化1.UV…使得DNA發生雙鏈斷裂；2.激活ATM/ATR，磷酸化許多底物，包括H2AX;3.H2AX招募NuA4和Cohesin復合物；4.NuA4乙酰化DSB附近的組蛋白，招募INO80，分別進行單鏈的修復；5.修復完畢，招募Tip60踢走H2AX四、組蛋白的泛素化1.通常發生在賴氨酸(K)上；2.可逆的生化反應：

A.E1,E2&E3

B.DUBs3.分子效應：小蛋白質，可能改變底物的結構4.生物學功能：H2B的泛素化A.H2B的泛素化平衡組蛋白H3K4和H3K36的甲基化水平Ubiquitination五、組蛋白的SUMO化1.通常發生在賴氨酸(K)上；2.可逆的生化反應：

A.E1,E2,&E3

B.SENPs3.生物學功能：

A.轉錄沉默

B.抑制組蛋白的乙酰化和甲基化組蛋白的SUMO化1.H2A,H2B,H3,&H4都可能被SUMO化修飾；2.酵母中，H2AK126，H2BK6/K7,orK16/K17可能被SUMO化修飾Act招募HAT，激活轉錄。Act可能招募E2/E3，使組蛋白SUMO化，削弱轉錄。Rep招募HDAC，組蛋白去乙酰化/招募HMT，甲基化組蛋白。招募HP1，形成異染色質。六、組蛋白密碼Histonecode:Thehistonecodehypothesispredictsthatthepost-translationalmodificationsofhistones,aloneorincombination,functiontodirectspecificanddistinctDNA-templatedprograms.組蛋白密碼染色體的多級折疊過程中，需要DNA同組蛋白(H3、H4、H2Ａ、H2B和H1)結合在一起。研究中，人們發現組蛋白在進化中是保守的，但它們并不是通常認為的靜態結構。組蛋白在翻譯后的修飾中會發生改變，從而提供一種識別的標志，為其它蛋白與DNA的結合產生協同或拮抗效應，它是一種動態轉錄調控成分，稱為組蛋白密碼(histonecode)。

所謂組蛋白密碼就是對結合DNA的組蛋白進行一系列修飾,從而影響某些基因何時以及以何種方式被打開或關閉。組蛋白密碼信息存在于轉錄后組蛋白修飾等過程中，這些修飾的多樣性、整體性及生物學功能的多樣性表明存在這樣一種組蛋白密碼。組蛋白修飾作為一種重要的表觀標志，與其他表觀標志之間也存在一定的聯系，構成了一個復雜的網絡。組蛋白密碼大大豐富了傳統遺傳密碼的信息含量。組蛋白氨基末端的多樣化修飾擴充了遺傳密碼的信息庫。

這種常見的組蛋白外在修飾作用包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等等，它們都是組蛋白密碼的基本元素。與DNA密碼不同的是，組蛋白密碼在動物、植物和真菌類中是不同的。我們從植物細胞保留有發育成整個植株的全能性和去分化的特性中，就可以看出它們在建立和保持表觀遺傳信息方面與動物是不同的。

2023年1月10日1102023年1月10日110BryanM.Turner,naturecellbiology,2007組蛋白中被修飾氨基酸的種類、位置和修飾類型被稱為組蛋白密碼（histonecode），遺傳密碼的表觀遺傳學延伸，決定了基因表達調控的狀態，并且可遺傳。2023年1月10日111組蛋白修飾種類乙酰化--一般與活化的染色質構型相關聯，乙酰化修飾大多發生在H3、H4的Lys殘基上。甲基化--發生在H3、H4的Lys和Arg

殘基上，可以與基因抑制有關，也可以與基因的激活相關，這往往取決于被修飾的位置和程度。磷酸化--發生與Ser殘基，一般與基因活化相關。泛素化--一般是C端Lys修飾，啟動基因表達。SUMO（一種類泛素蛋白）化--可穩定異染色質。其他修飾2023年1月10日1132023年1月10日1132023年1月10日114三、染色質重塑核小體染色質重塑（chromatinremodeling）

真核生物染色質是一切遺傳學過程的物質基礎，染色質構型局部和整體的動態改變，是基因功能調控的關鍵因素。染色質的基本結構單位是核小體（nucleosome），每個核小體是由5種組蛋白和DNA

鏈200bp

組成，其核心顆粒是由H2A、H2B、H3

和H4

四種組蛋白各兩個分子的八聚體和繞1.8

圈的147bp組成。當DNA

繞到兩圈時，約用165bp，并結合上一個H1

組蛋白分子。染色質重塑是指染色質位置和結構的變化，主要涉及核小體的置換或重新排列，改變了核小體在基因啟動序列區域的排列，增加了基因轉錄裝置和啟動序列的可接近性。染色質重塑與組蛋白N

端尾巴修飾密切相關，尤其是對組蛋白H3

和H4的修飾。通過修飾直接影響核小體的結構，并為其他蛋白質提供了與DNA

作用的結合位點。染色質重塑修飾方式主要包括兩種：一種是含有組蛋白乙酰轉移酶和脫乙酰酶的化學修飾；另一種是依賴ATP

水解釋放能量解開組蛋白與DNA

的結合，使轉錄得以進行。通常，DNA

甲基化與染色質的壓縮狀態、DNA

的不可接近性，以及與基因沉默（genesilencing）狀態相關；而DNA

去甲基化、組蛋白的乙酰化和染色質去壓縮狀態，則與轉錄的啟動、基因活化和行使功能有關。這意味著，不改變基因結構，而改變基因轉錄的微環境條件就可以令其沉默，或使其激活。2023年1月10日117三、染色質重塑染色質重塑（chromatinremodeling）是一個重要的表觀遺傳學機制。染色質重塑是由染色質重塑復合物介導的一系列以染色質上核小體變化為基本特征的生物學過程。組蛋白尾巴的化學修飾（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改變染色質結構，從而影響鄰近基因的活性。2023年1月10日118三、染色質重塑染色質修飾與重塑（共價修飾型與ATP依賴型）染色質重塑復合物、組蛋白修飾酶的突變均和轉錄調控、DNA甲基化、DNA重組、細胞周期、DNA的復制和修復的反常相干,這些反常可以引起生長發育反常,智力發育緩慢,乃至導致癌癥。依賴ATP的物理修飾主要是使用ATP水解釋放的能量,使DNA超螺旋旋矩和旋相產生轉變,使轉錄因子更易靠近并連合核小體DNA,從而調控基因的轉錄進程。三、染色質重塑2023年1月10日120三、染色質重塑（A）結合（B）松鏈（C）重塑八聚體轉移八聚體滑動+ATP重塑復合物ATP依賴的染色質重構機制染色質重塑復合物：依靠水解ATP提供能量來完成染色質結構的改變，根據水解ATP的亞基不同，可將復合物分為SWI/SNF復合物、ISW復合物等，這些復合物及相關蛋白均與轉錄激活和抑制、DNA甲基化、DNA修復及細胞周期相關。2023年1月10日121染色質重塑與人類疾病（ATRX、ERCC6、SMARCAL1編碼與SWI/SNF復合物相關的ATP酶）X連鎖α-地中海貧血綜合征、Juerg–Marisidi綜合征、Carpenter-Waziri綜合征、Sutherland-Haan綜合征和Smith-Fineman-Myers綜合征：ATRX突變引起DNA甲基化異常。核小體重新定位的異常引起基因表達抑制。Skeletal綜合征和B型Cockayne綜合征：ERCC6（在DNA修復中起重要作用）突變。Schimke免疫性骨質發育異常：SMARCAL1（調控細胞增殖相關基因的表達）

腫瘤：BRG1、SMARCB1和BRM編碼與SWI/SNF復合物特異的ATP酶（改變染色質結構）三、染色質重塑四、RNA調控2023年1月10日123四、RNA調控

siRNAsiRNA結構：21-23nt的雙鏈結構，序列與靶mRNA有同源性，雙鏈兩端各有2個突出非配對的3’堿基。siRNA功能：是RNAi

作用的重要組分，是RNAi發生的中介分子。內源性siRNA使細胞能夠抵御轉座子、轉基因和病毒的侵略。