组蛋白修饰.ppt

第 四 章 组 蛋 白 修 饰,DNA Packing1.如何将10,000公里长的蚕 丝(半径10-5米)装入一个篮 球中。2.蚕丝的体积：3.14*10-3m33.折叠、缠绕,DNA双螺旋片段形成染色质的“串珠球”核小体形成的30nm染色质纤丝扩展的染色体片段中期染色体的浓缩片段完整的中期染色体,核小体,核小体是染色体的基本结构单位，由DNA和组蛋白(histone）构成，是染色质（染色体）的基本结构单位。核小体由相对伸展的连接DNA相连，形成串珠状（称为一级结构）,核小体,二级结构是由一系列核小体盘绕成螺旋并排列形成30nm 纤维，在间期染色质和有丝分裂染色体中都可见到。30nm的纤维状结构中的DNA的压缩包装比约为40。纤丝本身再进一步压缩后，成为常染色质的状态时，DNA的压缩包装比约为1000。有丝分裂时染色质进一步压缩为染色体，压缩包装比高达8400，即只有伸展状态时长度的万分之一。,|二级结构|一级结构|,核小体的功能,除了在细胞核里面给DNA之间的紧密结合提供支架之外，核小体对于转录也有着很重要的调节作用，在转录启动的初期，核小体能阻止RNA聚合酶接近细胞不需要的成长区域。当细胞的需求发生改变的时候，染色质重组因子能改变核小体的部位以永续它们的接近。核小体同时还是染色质边界的标志，通过调节它们中心组蛋白的N-末端能够携带表型遗传信息。,核小体的组成,核小体是染色质（体）的基本结构单位，由DNA和组蛋白(histone）构成。由4种组蛋白H2A、H2B、H3和H4，每一种组蛋白各二个分子，形成一个组蛋白八聚体，约200 bp的DNA分子盘绕在组蛋白八聚体构成的核心结构外面，形成了一个核小体。,组蛋白与核小体,组蛋白与核小体,每个核小体单位包括200bp左右的DNA超螺旋和一个组蛋白八聚体及一个分子H1；组蛋白八聚体构成核小体的盘状核心结构；146bp的DNA分子超螺旋盘绕组蛋白八聚体1.75圈,组蛋白H1在核心颗粒外结合额外20bp DNA，锁住核小体DNA的进出端，起稳定核小体的作用。每个核小体DNA 和组蛋白的含量(包括H1 在内)大致相等。,组蛋白的性质和分类,组蛋白(histones)是真核生物体细胞染色质中的碱性蛋白质，富含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸，精氨酸和赖氨酸加起来约为所有氨基酸残基的1/40。,组蛋白和非组蛋白,染色体中组蛋白以外的蛋白质成分称非组蛋白(nonhistone proteins)。绝大部分非组蛋白呈酸性，因此也称酸性蛋白质或剩余蛋白质。非组蛋白是指细胞核中组蛋白以外的酸性蛋白质。非组蛋白不仅包括以DNA作为底物的酶，也包括作用于组蛋白的一些酶,如组蛋白甲基化酶。此外还包括DNA结合蛋白、组蛋白结合蛋白和调节蛋白。由于非组蛋白常常与DNA或组蛋白结合,所以在染色质或染色体中也有非组蛋白的存在,如染色体骨架蛋白。,组蛋白的性质和分类,因为组蛋白富含带正电荷的碱性氨基酸，所以能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用，形成DNA组蛋白复合物。组蛋白是一类小分子碱性蛋白质。,组蛋白的性质和分类,有五种类型：H1、H2A、H2B、H3、H4、,组蛋白的性质和分类,H1属于另一类组蛋白，它不参加核小体的组建，在构成核小体时起连接作用，并赋予染色质以极性。H1有一定的组织和种属特异性。H1的相对分子质量较大，在进化上也较不保守，由200多个氨基酸残基组成。不同生物的HI序列变化较大。在某些组织中，H1被特殊的组蛋白所取代。如成熟的鱼类和鸟类的红细胞中H1被H5所取代，精细胞中则由精蛋白代替。,组蛋白的性质和分类,组蛋白是已知蛋白质中最保守的核心组蛋白高度保守的原因可能有两个:其一是核心组蛋白中绝大多数氨基酸都与DNA或其他组蛋白相互作用，可置换而不引起致命变异的氨基酸残基很少;其二是在所有的生物中与组蛋白相互作用的DNA磷酸二脂骨架都是一样的。,组蛋白,为了查找不同物种的组蛋白序列以及结构信息，可以访问组蛋白序列数据库(http:/genome.nhgri.nih.gov/histones/),染色质,指间期细胞内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成的线性复合结构，是间期细胞遗传物质存在的形式。有常染色质和异染色质之分。常染色质：基因表达 活跃的区域，染色体结 构较为疏松异染色质：基因表达 沉默的区域，染色体结构致密,染色质重塑,Euchromatin:常染色质；Heterochromatin:异染色质E-H或H-E称为染色质重塑(Chromatin Remodeling)分子机理：DNA甲基化，组蛋白修饰，依赖于ATP的染色质重塑复合物的协同作用。,组蛋白修饰,每个核心组蛋白都有两个结构域:组蛋白的球形折叠区：与组蛋白间相互作用及缠绕DNA有关氨基末端(N末端)结构域：位于核小体的球形核心结构以外(伸出核小体)，可同其他调节蛋白和DNA发生相互作用，并且可以发挥信号位点的作用，这些位点常被组蛋白乙酰转移酶、组蛋白甲基转移酶和组蛋白磷酸转移酶等作用，发生各种共价修饰。,组蛋白修饰,组蛋白修饰,组蛋白修饰,组蛋白修饰,组蛋白修饰种类,组蛋白的乙酰化组蛋白的甲基化组蛋白的磷酸化组蛋白的泛素化组蛋白的SUMO化,一、组蛋白的乙酰化,乙酰化修饰是通过组蛋白乙酰化酶的催化作用实现的。组蛋白乙酰化酶将乙酰CoA的乙酰基转移到组蛋白N末端尾区内赖氨酸侧链的-氨基。从组蛋白的球状域伸出的组蛋白N末端赖氨酸发生的乙酰化修饰可以通过电荷中和的方式削弱组蛋白-DNA或核小体核小体的相互作用，或引起构象的变化，破坏稳定的核小体结构。乙酰化修饰后的组蛋白也可以募集其他相关因子(如转录复合物)进入到一个基因位点，从而影响转录。,组蛋白乙酰化位点,一、组蛋白的乙酰化,1.通常发生在蛋白质的赖氨酸(K)上；2.可逆的生化反应：A.Histone acetyltransferase，HAT(30)B.Histone deacetylase,HDAC(18)3.分子效应：中和赖氨酸上的正电荷，增加组蛋白与DNA的排斥力4.生物学功能：基因转录活化B.DNA损伤修复,一、组蛋白的乙酰化,1.通常发生在蛋白质的赖氨酸(K)上；,一、组蛋白的乙酰化,2.可逆的生化反应：,组蛋白乙酰化,（1）乙酰化酶（Histone acetyltransferase）HAT(30)乙酰化酶通常分为两类：A型(histone acetyltransferase type A，HATA)：位于细胞核，A型组蛋白乙酰化酶乙酰化细胞核内的核小体染色质组蛋白，这些组蛋白乙酰化酶与转录有关，因此也是研究关注的重点。B型(histone acetyl transferase type B，HATB)：位于细胞质中，被认为有一定的细胞管家作用。在细胞质中，乙酷化新合成的游离组蛋白，然后这些乙酰化的组蛋白被运输到细胞核内，在那里它们可能会脱乙酰化并参与染色质的组成。,组蛋白乙酰化酶,许多转录辅激活因子具有内源性的A型组蛋白乙酰化酶(histone acetyltransferases，HATs)活性。目前己被鉴定的HATs有20多种，这些HATs主要包含以下几个家族:GNAT(Gcn5-relateed N-aeetyltransferases superfamily)超家族，其主要成员有Gcn5、PCAF、Elp3、Hatl和Hpa2等;MYST(MOZ、Ybf2/Sas3、SAS2和TIP60)家族，成员主要为Sas2、Sas3和Esa1等;P300/CBP家族;另外还有一些转录因子，如TAFII250;核受体辅助激活物，如ACTR、SRC1等。,组蛋白乙酰化酶,GNAT超家族乙酰辅酶A和含有赖氨酸的底物(组蛋白)首先结合形成一个三元复合物，然后乙酰辅酶A的羰基碳直接亲核攻击GNAT家族蛋白一个活性谷氨酸位点(比如酵母Gen5的第173位谷氨酸).进而激活赖氨酸的-氨基，形成四面体中间物。这一中间物再分解成乙酰化赖氨酸产物(乙酰化组蛋白)和辅酶A。,组蛋白乙酰化酶,（1）Gcn5Gen5是在嗜热四膜虫中首先发现的与转录相关的A型组蛋白乙酰化酶，是一个相对分子质量约S5000的多肽，它对游离的组蛋白能够发挥乙酰化作用。Gen5的乙酰化酶活性与细胞的生长、体内转录、体内Gen5依赖的HIS3启动子的组蛋白乙酷化有直接的关系。进一步的研究表明，GenS的组蛋白乙酰化酶活性对于体内PH05启动子区域的染色质重塑有一定影响。重组Gen5可以强烈乙酰化组蛋白H3，但是对核小体组蛋白H4的乙酰化能力较弱(虽然单独乙酰化组蛋白H4的能力较强)。,组蛋白乙酰化酶,其中包括C末端bro-IDO结构域、Ada2相互作用结构域和HAT结构域。相关研究显示，这些结构域在体内对于转接 子(adaptor)介导的转录活性是必须的。,组蛋白乙酰化酶,（2）PCAFPCAF乙酰化游离核小体组蛋白，主要作用于组蛋白H3第14位赖氨酸，对组蛋白H4的第8位赖氨酸的乙酰化作用较弱。当PCAF结合到启动子附近的位点时，可以发挥组蛋白乙酰化酶依赖的共激活因子的功能，并剌激转录。PCAF和Gcn5之间的相似之处是它们都参与多亚基复合物SAGA形成。而他们的不同之处在于虽然 两者都在老鼠体内广泛表达，但是表达水平在许多组织中还是大不相同的。,乙酰化酶,PCAF眼腺病毒癌蛋白EIA相似，能够结合到p300jCBP上的相同位点，这两种蛋白质之间存在竞争。转染的PCAF和EIA对细胞周期的调控有相反的效果，表明PCAF有抑制细胞周期进程的作用，并且可能通过破坏PCAF和p300jCBP的之间的相互作用的方式促进EIA的有丝分裂活性。此外，EIA和调节蛋白Twist通过结合PCAF减少PCAF介导的体内转录，进一步确定其作为调控源的乙酰转移酶活性。Twist可能通过抑制PCAF的组蛋白乙酰化酶活性发挥生物学功能。关于EIA的研究中观察到它有一个类似于组蛋白乙酰化酶抑制子的作用，这可能对于确定组蛋白乙酰化酶抑制的特点是非常重要的。,组蛋白乙酰化酶,（3）Hatl、Elp3、Hpa2和其他乙酰化酶Hatl最初被把它归为B型组蛋白乙酰化酶，它主要涉及细胞质组蛋白乙酰化，这些组蛋白与DNA共同参与细胞核中染色质的形成。Hatl可以乙酷化组蛋白H4的N端第12位赖氨酸，第12位赖氨酸也是之前发现的新合成的组蛋白乙酰化过程中的主要位点。Elp3是酵母A型乙酰化酶，似乎可以直接影响转录起始和延伸，因为它是RNA聚合酶E全酶的组成部分。Elp3能够乙酰化全部4个核心组蛋白。Elp3的作用机制可能与GenS类似。Elp3在多种真核生物中的同源性以及进化保守性说明它是非常重要的。,组蛋白乙酰化酶,Hpa2是另一个组蛋白乙酰化酶。它像GenS亚群蛋白一样，能够乙酰化组蛋白H3和H4，尤其偏好H3K 14，Hpa2与另一个酵母GNAT蛋白Hpa3具有高度同源性，Hpa3在体外实验中 显示了非常弱的组蛋白乙酰化酶活性。Hpa2可以在体外形成二聚体或四聚体，目前已经分析了四聚体的晶体结构。,组蛋白乙酰化酶,2.MYST家族MYST家族是另一类具有组蛋白乙酰化酶活性的相关蛋白，MYST家族蛋白利用与GNAT超家族蛋白相似的机制进行乙酰化催化。,组蛋白乙酰化酶,图中用一个深色的框盒表示MYST同源区域，这一区域是与GNAT家族模体A相对应的区域。Z表示锌指模体，C表示在Esa1、MOF和TIP60中发现的类似于Chromo结构域的结构。,组蛋白乙酰化酶,（1)Sas2和Sas3Sas2和Sas3在酿酒酵母中转录沉默相关，两者同源，并且单一的Sas3突变表型正常，随后的突变体研究表明Sas3比Sas2有更弱的影响。Sas3是一种组蛋白乙酰化酶，谷脱甘肤-&转移酶(GST)融合的Sas3能够强烈乙酰化游离的组蛋白H3和H4，但是对H2A的乙酰化程度较弱。（2）Esa1Esa1是细胞周期进程所需的重要组蛋白乙酰化酶。Esa1作为重组蛋白，能够在体外乙酰化游离的组蛋白H2A、H3以及H4，对H4的乙酰化活性最强，尤其是H4的赖氨酸。然而，它无法乙酰化体外的核小体。,组蛋白乙酰化酶,（3)MOF在果蝇中，MOF蛋白在转录调控、剂量补偿 中发挥重要的生物学功能。它能够强烈乙酰化H4，但乙酰化H2A和H3的功能较弱。（4）Tip60一个缺乏N末端的40、但包含MYST家族域同源区的Tip60重组 结构具有体外组蛋白乙酰化酶活性，能够乙酰化游离的组蛋白H2A、H3和H4的特异赖氨酸，但是乙酰化核小体的能力很弱。（5）MOZ和MORFMORF与MOZ具有序列相似性。从整个序列来看，MORF与MOZ具有很高的同源性，昆虫细胞和细菌产生的重组全长MO盯都能够乙酰化游离的组蛋白，特别喜好乙酰化H3和剧。此外，源自昆虫的蛋白也能够乙酰化核小体，特别是核小体组蛋白H4。,组蛋白乙酰化酶,3.p300/CBPp300和CBP通常是作为一个单一实体，因为这两种蛋白质结构和功能具有同源性。p300/CBP是被广泛表达的转录共激活因子，在多种细胞过程发挥重要的作用，包括细胞周期调控、分化和凋亡。p300和CBP的突变与某些癌症和其他人类疾病的进程相关。p300/CBP代表独特的乙酰转移酶类，它可能与其他组蛋白乙酰化酶相关性较弱。p300/CBP的组蛋白乙酰化酶功能和体内转录存在关联，p300/CBP的组蛋白乙酰化酶功能对于核受体介导的体内激活也是必需的。它们的组蛋白乙酰化酶活性明显受其他素调节。,组蛋白乙酰化酶,几乎所有的的组蛋白乙酰化酶家族遵循相同的顺序发生的bi-bi动力学机制进行乙酰化催化，但并不是所有的乙酰化酶都遵循相同的催化机制。,组蛋白乙酰化酶复合物,（1）SAGA复合物在体外，纯化SAGA能通过结合的组蛋白乙酰化酶活性以及与酸性激活因子的相互作用方式激活转录。SAGA赋予Gcn5乙酰化核小体的能力，并且具有一定的特异性，主要乙酰化组蛋白H3，乙酰化HZB的特异性较弱。SAGA和ADA显著乙酰化核小体H3的第14位赖氨酸残基,组蛋白乙酰化酶复合物,(2)ADA复合物ADA复合物主要乙酰化体外核小体的组蛋白H3和HZB。这一复合物包含AdaZ和Ada3，但没有其他的SAGA亚基。ADA含有一种新的亚基，表明它是一个独特的复合物，而不是SAGA的亚复合物。ADA乙酷化少数氨基酸残基，而SAGA修饰的残基数量较多。（3)NuA4复合物NuA4主要乙酰化组蛋白H4，另外也乙酰化H2A，只是乙酰化的程度较弱，它不显著乙酰化组蛋白H3。（4）NuA3复合物它特异乙酰化核小体组蛋白H3，像ADA一样，它不能与激活域相互作用，可能以一种特殊的方式激活转录。,去乙酰化酶,B.去乙酰化酶（Histone deacetylase）HDAC 1.Class I：HDAC1,HDAC2,HDAC3,HDAC8(定位于细胞核)2.Class II：HDAC4,HDAC5,HDAC6,HDAC7A,HDAC9,HDAC10(能够在细胞核与胞质间转运)3.Class III：Sirtuins(SIRT1,SIRT2,SIRT3,SIRT4,SIRT5,SIRT6,SIRT7)I类和II类相似都不需要辅酶完成去乙酰化，而III类（Sir2相关酶）需要NAD作为辅酶，许多HDAC存在于大的多亚基复合物中，内含的其他亚基负责将酶定位到目的基因。,乙酰化与去乙酰化,转录因子招募HDAC抑制基因表达；招募HAT复合物激活基因表达。,HDAC Inhibitor,1.主要针对Classical HDACs；2.激活保护性基因的表达3.抗肿瘤新药,组蛋白的乙酰化,3.分子效应：中和赖氨酸上的正电荷，增加组蛋白与DNA的排斥力中和赖氨酸的正电荷，C=O具有一定的负电，能够增加与DNA的斥力，使得DNA结构变得疏松，从而导致基因的转录活化,组蛋白的乙酰化4.生物学功能：A.基因转录活化,人类IFN-基因的激活A.DNA code:序列模体、甲基化模式B.GCN5结合到启动子/增强子上C.修饰H4K8和H3K9D.H3S10被RSK-2磷酸化，促使GCN5修饰H3K14E.SWI/SNF的BRG1特异性识别H4K8;TFIID的TAFII250识别H3K9和H3K14,从而激活IFN-,蛋白质乙酰化调控基因转录,A.乙酰化转录因子，使之与DNA结合能力增强；B.转录因子活化的结构域招募HATs复合物；C.HAT复合物乙酰化组蛋白，打开染色质；D.转录激活；E.HAT复合物中的共激活子也被乙酰化修饰；F.HAT复合物乙酰化之后离开，转录活性削弱。,组蛋白乙酰化,B.DNA损伤修复A.Homologous recombination(HR)B.Nonhomologous end-joining(NHEJ)A)完整的DNA序列；B)双链断裂；C)NHEJ因子:(D)修复因子与(E)染色质重塑因子；F)染色质重塑的构型 G)增大NHEJ局部浓度；H)直至修复,组蛋白乙酰化对染色质结构及基因转录的影响,组蛋白乙酰化引起染色质结构改变及基因转录活性变化的机制：组蛋白尾部赖氨酸残基的乙酰化能够使组蛋白携带正电荷量减少，降低其与带负电荷的DNA链的亲和性，导致局部DNA与组蛋白八聚体解开缠绕，从而促使参与转录调控的各种蛋白因子与DNA特异序列结合，进而发挥转录调控作用；,组蛋白乙酰化对染色质结构及基因转录的影响,组蛋白的末端尾巴可与参与维持染色质高级结构的多种蛋白质相互作用，更加稳定了核小体的结构。而组蛋白乙酰化却减弱了上述作用，阻碍了核小体装配成规则的高级结构（如螺线管）；组蛋白乙酰基转移酶对相关的转录因子或活化因子进行乙酰化修饰以调节基因的表达。,二、组蛋白的甲基化,组蛋白甲基化甲基化修饰不同于其他的组蛋白修饰，它可以发生在精氨酸和赖氨酸的侧 链，每个残基侧链的氨基氮可单独或多次被甲基化。目前发现24 个组蛋白甲基化位点，其中17 个位于赖氨酸，其他7 个位于精氨酸。赖氨酸可以是单甲基化、双甲基化和三甲基化，精氨酸也可以是单甲基化或者双甲基化。如果把这3 种甲基化状态都考虑在内，应该一共有31011种组蛋白甲基化组合状态，复杂的组合为组蛋白甲基化发挥功能调控作用提供更大的潜能。,组蛋白的甲基化,赖氨酸的甲基化赖氨酸的去甲基化精氨酸的甲基化组蛋白去甲基化组蛋白甲基化功能组蛋白甲基化的遗传,1、赖氨酸的甲基化,赖氨酸的-氨基可以发生单、双或三甲基化,1、赖氨酸的甲基化,1、赖氨酸的甲基化,组蛋白赖氨酸甲基转移酶包括两大类:包含SET结构域的家族和非SET结构域的DOT1家族。SET结构域甲基化转移酶能够催化单、双或三甲基赖氨酸。该类甲基化转移酶活跃位点残基 的大小和结合模式最终决定酶是否进行单、双或三甲基化催化。在活性位点，一个保守的天冬氨酸或谷氨酸与硫腺昔甲硫氨酸两个核糖程基之间形成氢键。在SET结构域甲基化转移酶中，这些C-H.O氢键定位两个底物，以便于硫腺昔甲硫氨酸的硫、被转移甲基的碳和赖氨酸的氮处于共线性状态。这种几何状态允许-氨基对硫腺苷甲硫氨酸的甲基进行亲核攻击，进而形成甲基化的赖氨酸和硫腺苷-L-高半胱氨酸。,1、赖氨酸的甲基化,1、组蛋白赖氨酸甲基化与转录,RNA polymerase II(Pol II)定位到基因启动子区域，与H3K4&H3K36的甲基转移酶Set1,Set2&Dot1相互作用；Activator(Act)招募Rad6-Bre1复合物，并加载到Pol II上Rad6-Bre1泛素化H2B，促使H3K4和H3K79的甲基化；转录延长过程中，Pol II的Ser2被磷酸化，促使Set1分离下来；第一轮转录后，基因被标记为H3K4,H3K36&H3K79甲基化H3K4被Chd1识别后结合，招募SAGA复合物；SAGA复合物乙酰化组蛋白转录保持激活,2、赖氨酸的去甲基化,LSD1是一个特异性去除H3K4甲基基团的酶，并参与抑制作用。LSDl存在于多种不同的抑制性复合物，其中一些有助于LSDl更有效地去甲基化核小体内组蛋白H3上的赖氨酸。当LSD1与雄激素受体(androgen receptor，AR)结合时，其特异性会发生改变。LSDl-AR复合物去甲基化 H3K9而非H3K4，并且在这种情况下，激活而非抑制转录,2、赖氨酸的去甲基化,五种新的去甲基化酶，它们共同具有一个有别于LSD1的J结构mjC催化结构域。JHDM1去甲基化H3K36me1和me2;JHDM2A去甲基化H3K9mel和me2。JHDM3A和JHDM2A可以同时作用于H3K36me3和H3K9me3,3、精氨酸的甲基化,精氨酸侧链的肌基可以发生对称或不对称的单甲基化、二甲基化,3、精氨酸的甲基化,3、精氨酸的甲基化,在核小体中，精氨酸甲基化只发生在组蛋白H3和H4的N末端尾巴。此外，参与mRNA加工和细胞质运输的蛋白质，如异构核糖核蛋白、核仁蛋白、纤维蛋白、多聚腺瞟岭结合蛋白和剪接体小核糖核蛋白都可以在精氨酸丰富的地区发生甲基化。精氨酸甲基化被认为参与转录的正负调控。PRMTI(protein arginine methyltransferase)和PRMT4/CARM1这两个甲基化酶与转录激活相关。PRMT1可以甲基化H4R3，而PRMT4/CARMI能催化H3R2，H3R17和H3R26的甲基化。特定的转录因子招募这些酶到特异的启动子以激活转录。相反，PRMT5（能甲基化H3R8和H4R3)是很多基因的抑制因子，其中包括一些受MYC调控的基因。,4、组蛋白去甲基化,5、组蛋白甲基化功能,生物学功能：A.基因转录活化 B.基因转录沉默 C.X染色体失活 D.异染色质致密状态(heterochromatin compaction),组蛋白乙酰化、甲基化以及DNA甲基化的关系,A.MBD结合甲基化的DNA,招募HDAC,组蛋白去甲基化,招募HMT,甲基化组蛋白,转录沉默；B.组蛋白无乙酰化修饰,MBD结合甲基化的DNA,再与SET结合，甲基化组蛋白;C.甲基化的组蛋白尾部招募DNMT，对基因长期沉默,异染色质与常染色质的基因沉默,A.异染色质沉默：组蛋白去乙酰化；甲基化H3K9；招募HP1；形成异染色质B.常染色质沉默：转录因子E2F通过Rb招募HP1-Suv29h1；Suv29h1甲基化H3K9；HP1与H3K9结合，沉默 基因的表达,6、组蛋白甲基化的遗传,PC:Polycomb；招募PRC2/EZH2，甲基化子染色质上的H3K27;PR-SET7:H4K20特异性的转甲基酶，通过未知蛋白质，修饰子染色质上的H4K20表观遗传信息的传递！,三、组蛋白磷酸化,组蛋白磷酸化组蛋白磷酸化修饰指在磷酸激酶等相关酶的作用下，ATP水解后的磷酸基因与组蛋白N末端丝氨酸或苏氨酸残基的缩水结合。,三、组蛋白磷酸化,组蛋白H3的S10(第10位丝氨酸)、S28、T3(第3位苏氨酸)和T11都可以发生磷酸化修饰。目前对组蛋白H4磷酸化的研究主要集中在S1上，H2A的磷酸化修饰发生在SI和S10。组蛋白H2B的S32在细胞的有丝分裂期也能够发生磷酸化修饰。,三、组蛋白磷酸化,组蛋白磷酸化修饰和其他表观遗传学修饰一样也可能是通过两种机制影响染色体的结构和功能:磷酸基团携带的负电荷中和了组蛋白上的正电荷，造成组蛋白与DNA之间亲和力的下降;修饰能够产生与蛋白质识别模块结合的表面，与特异的蛋白质复合物相互作用。组蛋白的磷酸化可能会改变与DNA结合的稳定性，在细胞信号、有丝分裂、细胞死亡、DNA损伤修复、DNA复制、转录和重组过程中发挥重要作用。,H4S1的磷酸化,常染色质的H4S1被磷酸化之后 A.直接形成致密的异染色质；B.招募HP1，形成异染色质；C.促使组蛋白异构体的替换。,四、组蛋白泛素化,泛素（ubiquitin，UB）是高度保守的、含76个氨基酸的蛋白质，相对分子质量为8500，在真核生物体内广泛存在。泛素分子氨基端172位点的氨基酸残基形成一个紧密折叠的球状结构，紧靠羧基端的4个氨基酸残基是随机盘绕的。,组蛋白的泛素化就是组蛋白赖氨酸残基与反苏分子羧基末端的相互结合。泛素的羧基末端为甘氨酸，该甘氨酸上的羧基可以与组蛋白赖氨酸的氨基形成异构肽键。,四、组蛋白泛素化,进行反苏化修饰需要三类催化酶：泛素激活酶（ubiquitin-activatingenzyme,E1），泛素结合酶（ubiquitin conjugating enzyme，E2）和泛素-蛋白质连接酶（ubiquitinprotein ligase，E3）。类似于甲基化，而不同于乙酷化和磷酸化，泛素化因特异性位点不同可以起抑制作用或激活作用。与和蛋白降解有关的多泛素化相对，H2A和H2B为单泛素化。,四、组蛋白泛素化,五、组蛋白的SUMO化,1.通常发生在赖氨酸(K)上；2.可逆的生化反应：A.E1,E2,&E3 B.SENPs3.生物学功能：A.转录沉默 B.抑制组蛋白的乙酰化和甲基化,五、组蛋白的SUMO化,许多蛋白与泛素具有序列同源性，这些类似于泛素的蛋白被分为两类:一类是泛素相关类似物(ubiquitin-like modifiers.UBLs).如Rubl(Nedd8)、Apg8、Apg12和小泛素相关修饰物(small ubiquitin-related modifier.SUMO)等，它们具有类似于泛素化的修饰功能;另一类是泛素结构域蛋白(Ubiquitin-domain proteins.UDPs)。SUMOs是一类高度保守的蛋白质家族，相对分子质量约为11000.在结构上与泛素存在一定相似性。分布广泛，存在于各种真核生物细胞中，在芽殖酵母、线虫、果蝇及培养的脊椎动物细胞中都有表达。,五、组蛋白的SUMO化,同泛素化类似，SUMO化修饰的结果也是在修饰蛋白援基端的甘氨酸残基和底物蛋白赖氨酸的-氨基之间形成一个异肤键。修饰的具体路径也与泛素化修饰十分相似，涉及多个酶的级联反应:E 1活化酶、E2结合酶以及E3连接酶，但二者反应途径中涉及的酶完全不同。SUMO化修饰过程包括活化、结合、连接、修饰等过程。,五、组蛋白的SUMO化,1.H2A,H2B,H3,&H4都可能被SUMO化修饰；2.酵母中，H2A K126，H2B K6/K7,or K16/K17可能被SUMO化修饰Act招募HAT，激活转录。Act可能招募E2/E3，使组蛋白SUMO化，削弱转录。Rep招募HDAC，组蛋白去乙酰化/招募HMT，甲基化组蛋白。招募HP1，形成异染色质。,组蛋白密码,染色体的多级折叠过程中，需要DNA同组蛋白(H3、H4、H2、H2B和H1)结合在一起。研究中，人们发现组蛋白在进化中是保守的，但它们并不是通常认为的静态结构。组蛋白在翻译后的修饰中会发生改变，从而提供一种识别的标志，为其它蛋白与DNA的结合产生协同或拮抗效应，它是一种动态转录调控成分，称为组蛋白密码(histonecode)。,所谓组蛋白密码就是对结合DNA的组蛋白进行一系列修饰,从而影响某些基因何时以及以何种方式被打开或关闭。组蛋白密码信息存在于转录后组蛋白修饰等过程中，这些修饰的多样性、整体性及生物学功能的多样性表明存在这样一种组蛋白密码。组蛋白修饰作为一种重要的表观标志，与其他表观标志之间也存在一定的联系，构成了一个复杂的网络。组蛋白密码大大丰富了传统遗传密码的信息含量。组蛋白氨基末端的多样化修饰扩充了遗传密码的信息库。,组蛋白密码,这种常见的组蛋白外在修饰作用包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等等，它们都是组蛋白密码的基本元素。与DNA密码不同的是，组蛋白密码在动物、植物和真菌类中是不同的。我们从植物细胞保留有发育成整个植株的全能性和去分化的特性中，就可以看出它们在建立和保持表观遗传信息方面与动物是不同的。,89,89,Bryan M.Turner,nature cell biology,2007,组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰类型被称为组蛋白密码（histone code），遗传密码的表观遗传学延伸，决定了基因表达调控的状态，并且可遗传。,组蛋白变体,虽然组蛋白是众所周知的保守性很强的蛋白质，但是核心组蛋白有不同的变体。通过氨基酸序列比较，发现这些变体与核心组蛋白有不同的差异。一些变体能显著改变核小体的生物学特征，而另一些变体则定位到基因组的特定区域，发挥生物学功能。在真核生物的5种组蛋白中，组蛋白H4是最保守的，组蛋白H1有许多序列变体。组蛋白H2A是最不保守的，变体也最多，H2B的变体也有多种。,组蛋白变体,组蛋白变体,与转录激活有关的组蛋白的变体有H2A-Bbd、H3.3、H2A.Z。在失活的X染色体内缺乏H2A-Bbd，并且H2A-Bbd能使核小体的结构不稳定。H2A.X是在DNA出现断裂时，替代H2A的变体，它对DNA修复有重要作用。在果蝇中，H3.3在转录的位点发生强烈的核小体去组装与重组装。虽然组蛋白H4是进化最慢的蛋白质之一，但最近在人的脂肪细胞，发现了组蛋 白H4变体，这些变体包括HIST2H4B和HIST 1H4A-L/HIST2H4A-B/HIST4H4.,