染色质成分的共价修饰

1、报告纲要染色质成分ComponentsDNA的甲基化组蛋白的乙酰化通常类型相互联系及作用DNA甲基化的作用及例证组蛋白乙酰化的作用及例证基因沉默的机制组蛋白甲基化的Nature报告问题与思考选题理由 染色质成分的共价修饰通过制约基因的转录，从而对细胞内基因的表达起到调控的作用。 反应广泛存在于细胞生长、分裂、分化的各个过程中，是研究细胞生物学的一个重要方向。染色质成分：DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA其共价修饰包括：DNA的甲基化；组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化和羰基化。DNA和组蛋白的修饰都会引起染色质结构和基因转录活性的变化。染色质成分的共价修饰在基因转录调控上的作用是

2、可遗传的。一、 的甲基化 DNA甲基化是一种不参与生物体的DNA序列改变且在细胞分裂过程中稳定进行的化学转换。 在甲基转移酶催化下，DNA分子中的胞嘧啶可转变成5-甲基胞嘧啶，这称为DNA甲基化。分布：分布：常见于富含CG二核苷酸的CpG岛，主要集中于异染色质区，其余则散在于基因组中。 含量：含量：哺乳动物基因组中约70%80%的CpG位点是甲基化的。 作用：作用：DNA的甲基化位点阻碍转录因子结合，甲基化程度越高，DNA转录活性越低。DNA甲基化在转录水平上调控细胞分化的基因表达甲基化在转录水平上调控细胞分化的基因表达 DNA甲基化概念甲基化概念注：许多基因，尤其是管家基因的启动子区，基因的

3、末端通常存在一些富含双核苷酸“CG”的区域，称为“CpG岛” 。具体转化反应 DNA甲基化可以发生在腺嘌呤的N -6位、胞嘧啶的N -4位、鸟嘌呤的N -7位或胞嘧啶的C-5位等。但在哺乳动物,DNA甲基化主要发生在5-CpG-3的C上.生成5-甲基胞嘧啶(5mC) 。反应如下：S-腺苷甲硫氨酸(SAM)在DNA甲基转移(DNAmethyltransferase，DNMT) 的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM) 为甲基供体,将甲基转移到特定的碱基上的过程。图中的碱基底物为胞嘧啶。人类胚胎红细胞中珠蛋白基因的甲基人类胚胎红细胞中珠蛋白基因的甲基化化实例：不同发育时期的不同基因表达实例：不同发育

4、时期的不同基因表达胚胎期卵黄囊胚胎期卵黄囊胎儿期胎儿期DNA甲基化的其他作用及实例基因C T突变DNA 甲基化引起基因突变的机制主要是由于DMT催化反应形成。DMT可以加快C(胞嘧啶) 和5mC 脱氨,封闭U(尿嘧啶) 的修复,并且使U T 改变,故DMT 促使CpG序列的C T突变 。例证：抑癌基因p53就是一个典型。50% 实体瘤病人出现p53基因突变。突变中24% 是CpG 甲基化后脱氨引起的CT 突变。DMT脱氨酶2.影响基因错配修复DNA 错配修复系统(DNAmismatch repair system，MMR) 是指存在人类细胞中的一种修复DNA 碱基错配的安全保障体系，它是由一系

5、列特异修复DNA碱基错配的酶分子组成。例证：Ahujia 等研究发现MMR 缺陷时,CpG岛的甲基化增强,并认为MMR 与DNA 甲基化有关。在基因错配修复过程中甲基化具有导向识别作用,而在错配修复基因表达缺陷的原因中基因突变和基因启动子区的高甲基化是其主要原因 。参考文献：方福德, DNA甲基化作用与基因表达的调控. 生理科学进展3. DNA 甲基化导致基因失活/沉默的可能机制 甲基化直接干扰转录因子与启动子中特定的结合位点的 结合； 特异的转录抑制因子直接与甲基化DNA结合； 染色质结构的改变。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），它决定了

6、染色质转录活跃或沉默的状态。组蛋白乙酰化：在组蛋白乙酰基转移酶作用下，于组蛋白N-端尾部的赖氨酸加上乙酰基。二、组蛋白的乙酰化影响转录因子与二、组蛋白的乙酰化影响转录因子与DNA的结合的结合组蛋白乙酰化的常见类型：Lysine赖氨酸乙酰化 组蛋白乙酰化主要由组蛋白乙酰化酶(Histone acetylases , HATs)和组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylases , HDACs)催化完成。HATs 通过在组蛋白的N 端赖氨酸残基上引入疏水的乙酰基, 使DNA 与组蛋白间的静电力和空间位阻增大, 两者间的相互作用减弱, DNA 易于解聚, 染色质呈转录活性结构, 因此有利于

7、转录因子与DNA 模板相结合, 进而激活基因转录。引入疏水的乙酰基组蛋白乙酰化作用实例 乙酰化的作用：在大多数情况下，组蛋白乙酰化有利于基因转录。低乙酰化的组蛋白通常位于非转录活性的常染色质区域或异染色质区域。 实例1：p21 是分化相关的基因, 阻断周期素依赖性激酶活性, 对细胞生长阻滞发挥重要作用。组蛋白乙酰化酶抑制剂Suberoylanilide Hydroxamic Acid (SAHA)诱导p21 基因相关的染色质乙酰化组蛋白累积, 并与转录增加相关。 实例2：丁酸钠使组蛋白超乙酰化后，激活一些转录因子，使转录因子结合并激活某些基因，最终可抑制细胞生长，诱导细胞分化。参考文献：管晓翔

8、, 组蛋白乙酰化修饰在基因表达调控中的作用机制.中华肿瘤防治杂志 组蛋白的化学修饰将引起局部染色质结构的改变，并进而决定了转录因子是否能够与基因表达调控区结合；基因活化蛋白一方面通过组蛋白修饰导致染色质结构改变，另一方面还可募集依赖于ATP的染色质重塑复合体，使启动子部位的核小体（染色质的基本结构）舒展开。 基因活化蛋白引导的染基因活化蛋白引导的染色质局部结构改变色质局部结构改变基因活化蛋白基因活化蛋白TATA盒盒染色质重塑复合体染色质重塑复合体具体作用组蛋白修饰作用机制CTD密码：真核生物RNA聚合酶中最大的一个亚基的羧基末端肽段结构，CTD在组织各种蛋白质因子组成RNA加工“车间”、调节m

9、RNA 3端加工方面起重要作用。 Polycomb蛋白：被修饰后能发挥对靶基因的沉默作用，并因此广泛参与到发育、增殖、分化以及肿瘤发生等重要生命过程.Nature报告组蛋白组蛋白H3K36的的PfSETvs甲基化抑制恶性疟原虫中毒性基因的表达甲基化抑制恶性疟原虫中毒性基因的表达 “组蛋白H3修饰赖氨酸36三甲基化”(H3K36me3) 存在于转录起始点上，并沿被沉默的var基因的基因体（gene body）分布。组蛋白的甲基化修饰三、相互作用1.DNA 甲基化间接影响组蛋白乙酰化 实例：Fuks 等发现DNA 甲基转移酶1（Dnmt1）本身与组蛋白脱乙酰化酶活性相关联。胞嘧啶甲基化对于指导特异

10、染色质区域的组蛋白脱乙酰化是非常重要的：在启动子区域DNA 的甲基化，通过召募HDAC复合物（去乙酰化酶系），使组蛋白脱乙酰化，抑制启动子的活性。2.组蛋白乙酰化一定程度地影响DNA 甲基化 实例：Selker研究了组蛋白脱乙酰化酶抑制剂TSA对链孢霉中的某些基因活性的影响, 他们发现, TSA 的处理可选择性地使链孢霉中的某些基因的甲基化下降, 表明DNA 甲基化类型也与染色质乙酰化状态有关, 即组蛋白或其它蛋白的乙酰化在一定程度上可能影响DNA 甲基化。参考文献：陈坚, 张晓琴与傅继梁, 组蛋白乙酰化/脱乙酰化与DNA甲基化的关系. 生理科学进展.DNA甲基化组蛋白乙酰化问题与思考1.染色质成分修饰与细胞周期有什么联系？Cyclin蛋白的合成是否受到此类调控？2.DNA甲基化与组蛋白