表观遗传学第三章组蛋白修饰ppt课件.ppt

表观遗传学 第三章组蛋白修饰 1 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC DNAPacking r1 如何将10 000公里长的蚕 丝 半径 10 5米 装入一个篮 球中 r2 蚕丝的体积 3 14 10 3m3r3 折叠 缠绕 2 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 染色体上不同的区域 rEuchromatin 常染色质 rHeterochromatin 异染色 质 rE H或H 称为染色质重塑 ChromatinRemodeling r分子机理 DNA甲基化 组蛋白修饰 染色质重塑复合物的协同作用 3 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om 常染色质与异染色质r1 常染色质 基因表达活跃的区域 染色体结构较为疏松r2 异染色质 基因表达沉默的区域 染色体结构致密核小体 常染色质Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 异染色质 4 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 组蛋白与核小体 5 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC Histonevariants 6 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 组蛋白修饰 7 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 组蛋白修饰 2 8 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 主要的功能基团 rAcetyl rMethyl rPhosphoryl rUbiquitin 9 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigeneticdifferences monozygotictwins 5mC H4乙酰化Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC H3乙酰化 10 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 组蛋白共价修饰的功能 r基因转录 DNA损伤修复 DNA复制 染色体凝聚等 11 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om 内容纲要 rrrrr 一 组蛋白的乙酰化二 组蛋白的甲基化三 组蛋白的磷酸化四 组蛋白的泛素化五 组蛋白的SUMO化 r六 组蛋白密码Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 12 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 一 组蛋白的乙酰化 r1 通常发生在蛋白质的赖氨酸 K 上 r2 可逆的生化反应 A Histoneacetyltransferase HAT 30 B Histonedeacetylase HDAC 18 r3 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r4 生物学功能 A 基因转录活化 B DNA损伤修复 13 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 组蛋白的乙酰化 r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 14 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC HATs 转乙酰基酶 15 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Gcn5 PCAF p300 CBP Gcn5 PCAFp300 CBP Br bromodomain Nr nuclearreceptor interactingbox CH cysteine histidine richmodule KIX phospho CREBinteractingmodule Q glutamine richdomain 具有保守的HAT结构域Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 16 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC Bromodomain r1 Anacetyl lysine bindingdomain r2 HATs修饰底物之后 可能与底物上的乙酰化赖氨酸结合 17 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om HATs MYST MOZ Ybf2 Sas3 Sas2 TIP60 Chromo chromodomain Ser serine richdomain CH cysteine histidine richmotif H15 linkerhistonesH1 andH5 likedomain NEMM N terminalpartofEnok MOZorMORF PHD PHDzincfinger ED glutamate aspartate richregion SM serine methionine richdomainEpigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 具有保守的MYST结构域 18 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC HAT识别底物的分子机制 rA hit and run model rB C attract and hit models rD targetedaction model rE relay model 两个 HAT先后修饰底物 rF HIVTatK50被p300 修饰后 招募PCAF 再激活特定基因 Bromodomain 19 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 人类IFN 基因的激活 A DNAcode 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H3K14 E SWI SNF的BRG1特异性识别H4K8 TFIID的TAFII250识别H3K9和H3K14 从而激活IFN 20 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 蛋白质乙酰化调控基因转录 rA 乙酰化转录因子 使之与DNA结 合能力增强 rB 转录因子活化的结构域招募HATs 复合物 rC HAT复合物乙酰化组蛋白 打开 染色质 rD 转录激活 rE HAT复合物中的共激活子也被乙 酰化修饰 rF HAT复合物乙酰化之后离开 转 录活性削弱 21 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 组蛋白乙酰化 DNArepair r1 DNA损伤修复 A Homologousrecombination HR B Nonhomologousend joining NHEJ rA 完整的DNA序列 rB 双链断裂 rC NHEJ因子 D 修复因子与 E 染色质重塑因子 rF 染色质重塑的构型 G 增大 NHEJ局部浓度 rH 直至修复 22 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC HDACs r1 ClassI HDAC1 HDAC2 HDAC3 HDAC8 定位于细胞核 r2 ClassII HDAC4 HDAC5 HDAC6 HDAC7A HDAC9 HDAC10 能够在细胞核与胞质间转运 r3 ClassIII Sirtuins SIRT1 SIRT2 SIRT3 SIRT4 SIRT5 SIRT6 SIRT7 r4 ClassIV HDAC11 23 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC ClassicalHDACs 24 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC HDAC复合物 25 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC Sirtuins r1 NAD dependentproteindeacetylaser2 NAD 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸r3 ADP ribosyl transferase 26 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC Sirtuins r割裂NAD 释放nicotinamide 烟碱 27 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC Sirtuins 吃的少 活得长 rcaloricrestriction CR 延缓随年龄增大易发生的疾病和癌症 并 显著延长寿命 rCR AL小鼠60 的食物 引起SIRT1蛋白质表达量增加 http www sciencemag org cgi content abstract 305 5682 390 细胞中转入Bax或Bax Ku70复合 物使得细胞凋亡率增加 28 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Bax促使细胞凋亡r1 Ku70与Bax结合 r2 受到信号的刺激 Ku70被乙酰化 释放Bax r3 游离Bax穿入线粒体 引起细胞凋亡 BaxEpigenetics 2008 2009 Semester1 USTC Ku70 乙酰化 在线粒体上打洞 促使凋亡 Bax 29 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC SIRT1 减弱Bax的细胞凋亡能力 Ku70的K539 K542被SIRT1去乙酰化 30 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om BaxEpigenetics 2008 2009 Semester1 USTC Ku70 乙酰化 在线粒体上打洞 促使凋亡 Bax SIRT1SIRT1 31 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 乙酰化与去乙酰化 r转录因子招募HDAC抑制基因表达 r招募HAT复合物激活基因表达 32 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC HDACInhibitor r1 主要针对Classical HDACs r2 激活保护性基因的表达r3 抗肿瘤新药 33 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om 二 组蛋白的甲基化r1 主要发生在赖氨酸 K 或精氨酸 R 上 r2 Long term r3 HKMTs histonelysinemethyltransferases vs PRMTs proteinargininemethyltransferases r4 可逆的生化反应 r5 分子效应 增加赖氨酸上的疏水力r6 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 heterochromatincompaction Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 34 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 精氨酸和赖氨酸甲基化的过程 35 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC LysineMethylation r1 Mono di ortri methylation r2 H3K9 H3K27的tri methylation是沉默的异染色质的 主要特征 r3 H3K9的di methylation对于常染色质的基因表达是必 需的 r4 H4K20的tri methylation是癌症中的一个普遍现象r5 有丝分裂期间 在动粒 centromere 附近的H3K9的tri methylation负责保证染色体顺利完成分裂 r6 在活化基因的5 端和启动子区域 甲基化出现的模式为 A H4K20的mono methylation B H3K4的di ortri methylation C H3K79的di methylation 36 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 赖氨酸甲基化的功能 37 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC HKMTs rA HKMTs的家族成员 以及各自的底物识别特异性 rB Methyl lysine结合 蛋白质 38 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC HKMTs r除了Dot1外 都具有SETdomain 39 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC rRNApolymeraseII PolII 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 rActivator Act 招募Rad6 Bre1复合 物 并加载到PolII上 rRad6 Bre1泛素化H2B 促使H3K4 和H3K79的甲基化 r转录延长过程中 PolII的Ser2被磷 酸化 促使Set1分离下来 r第一轮转录后 基因被标记为H3K4 H3K36 H3K79甲基化 rH3K4被Chd1识别后结合 招募 SAGA复合物 rSAGA复合物乙酰化组蛋白r转录保持激活 组蛋白赖氨酸甲基化与转录 40 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC ArginineMethylation rType Ienzymes PRMT1 PRMT2 PRMT3 PRMT4 PRTM6andPRMT8 NG NG asymmetricdimethylarginines aDMA rType IIenzymes PRMT5andPRMT7 NG NG symmetricdimethylarginines sDMA 41 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC PRMTs调控基因转录 rCARM1 PRMT4 coactivator associatedargininemethyltransferase1 修饰H3R2 H3R17 H3R26 42 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 组蛋白乙酰化 甲基化以及DNA甲基化的关系 rA 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 rB 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 rC 甲基化的组蛋白尾部招 募DNMT 对基因长期沉 默 43 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 异染色质与常染色质的基因沉默 rA 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 rB 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 44 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2008 2009 Semester1 USTC 去甲基化酶 45 生 物 w 秀 w 专w b 心bi 做oo 生 c 物om Epigenetics 2