表观遗传学 第三章 组蛋白修饰

Epigenetics,

2008-2009,

Semester

1,

USTC表观遗传学第三章

组蛋白修饰精选ppt生物w秀w-

专

w.b心

bi做

oo生

.c物

omEpigenetics,

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1,

USTCDNA

Packingr

1.

如何将10,000公里长的蚕丝(半径~10-5米)装入一个篮球中。r

2.

蚕丝的体积：3.14*10-3m3r

3.

折叠、缠绕…精选ppt生物w秀w-

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1,

USTC染色体上不同的区域r

Euchromatin:

常染色质；r

Heterochromatin:

异染色质r

E->H或H->称为染色质重塑

(Chromatin

Remodeling)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。精选ppt生物w秀w-

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.c物

om

常染色质与异染色质r

1.

常染色质：基因表达

活跃的区域，染色体结

构较为疏松r

2.

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,

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1,

USTC异染色质精选ppt生物w秀w-

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1,

USTC组蛋白与核小体精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCHistone

variants精选ppt生物w秀w-

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USTC组蛋白修饰精选ppt生物w秀w-

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1,

USTC组蛋白修饰

(2)精选ppt生物w秀w-

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1,

USTC主要的功能基团r

Acetylr

Methylr

Phosphorylr

Ubiquitin精选ppt生物w秀w-

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omEpigenetic

differences：monozygotic

twins5mC

H4

乙酰化Epigenetics,

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1,

USTCH3

乙酰化精选ppt生物w秀w-

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1,

USTC组蛋白共价修饰的功能r

基因转录、DNA损伤修复、DNA复制、染色体凝聚等精选ppt生物w秀w-

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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

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1,

USTC精选ppt生物w秀w-

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1,

USTC一、组蛋白的乙酰化r

1.

通常发生在蛋白质的赖氨酸(K)上；r

2.

可逆的生化反应：|

A.

Histone

acetyltransferase，HAT

(>30)|

B.

Histone

deacetylase,

HDAC

(18)r

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r

4.

生物学功能：|

A.

基因转录活化|

B.

DNA损伤修复精选ppt生物w秀w-

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1,

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精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCHATs：转乙酰基酶精选ppt生物w秀w-

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omGcn5/PCAF

&

p300/CBPGcn5/PCAFp300/CBPBr,

bromodomain;Nr,

nuclear

receptor-interacting

box;CH,

cysteine/histidine-rich

module;KIX,

phospho-CREBinteracting

module;Q,

glutamine-richdomain.

具有保守的HAT结构域

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1,

USTC精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCBromodomainr

1.

An

acetyl-lysinebinding

domainr

2.

HATs修饰底物之后可能与底物上的乙酰化赖氨酸结合精选ppt生物w秀w-

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omHATs:

MYST(MOZ-Ybf2/Sas3-Sas2-TIP60)Chromo,

chromodomain;Ser,

serine-rich

domain;CH,

cysteine/histidine-richmotif;H15,

linker

histones

H1-and

H5-like

domain;NEMM,

N-terminal

part

ofEnok,

MOZ

or

MORF;

PHD,

PHD

zinc

finger;ED,

glutamate/aspartate-rich

region;SM,

serine/methionine-richdomain

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1,

USTC具有保守的MYST结构域精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCHAT识别底物的分子机制r

A.

‘hit-and-run’model；r

B.

&

C.

attract-and-hit’

modelsr

D.

‘targeted

action’modelr

E.

‘relay’

model:

两个HAT先后修饰底物r

F.

HIV

Tat

K50被p300修饰后，招募PCAF，再激活特定基因。(Bromodomain)精选ppt生物w秀w-

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1,

USTC人类IFN-β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-β精选ppt生物w秀w-

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1,

USTC蛋白质乙酰化调控基因转录r

A.

乙酰化转录因子，使之与DNA结合能力增强；r

B.

转录因子活化的结构域招募HATs复合物；r

C.

HAT复合物乙酰化组蛋白，打开染色质；r

D.

转录激活；r

E.

HAT复合物中的共激活子也被乙酰化修饰；r

F.

HAT复合物乙酰化之后离开，转录活性削弱。精选ppt生物w秀w-

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1,

USTC组蛋白乙酰化：DNA

repairr

1.

DNA损伤修复：|

A.

Homologous

recombination(HR)|

B.

Nonhomologous

end-joining(NHEJ)r

A.

完整的DNA序列；r

B.

双链断裂；r

C.

NHEJ因子:

(D)

修复因子与(E)染色质重塑因子；r

F.

染色质重塑的构型，(G)

增大NHEJ局部浓度；r

H.

直至修复精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCHDACsr

1.

Class

I：HDAC1,

HDAC2,

HDAC3,

HDAC8(定位于细胞核)r

2.

Class

II：HDAC4,

HDAC5,

HDAC6,HDAC7A,

HDAC9,

HDAC10

(能够在细胞核与胞质间转运)r

3.

Class

III：Sirtuins

(SIRT1,

SIRT2,

SIRT3,SIRT4,

SIRT5,

SIRT6,

SIRT7)r

4.

Class

IV：HDAC11精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCClassical

HDACs精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCHDAC复合物精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCSirtuinsr

1.

NAD-dependent

protein

deacetylaser

2.

NAD:

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸r

3.

ADP-ribosyl-transferase精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCSirtuinsr

割裂NAD，释放

nicotinamide

(烟碱)精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCSirtuins：吃的少，活得长r

caloric

restriction

(CR)：延缓随年龄增大易发生的疾病和癌症，并显著延长寿命r

CR:

AL小鼠60%的食物：引起SIRT1蛋白质表达量增加/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？精选ppt生物w秀w-

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.c物

om

Bax促使细胞凋亡r

1.

Ku70与Bax结合；r

2.

受到信号的刺激，Ku70被乙酰化，释放

Bax；r

3.

游离Bax穿入线粒体，引起细胞凋亡Bax

Epigenetics,

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1,

USTCKu70乙酰化在线粒体上打洞，促使凋亡Bax精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCSIRT1:

减弱Bax的细胞凋亡能力Ku70的K539

&

K542被SIRT1去乙酰化精选ppt生物w秀w-

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omBax

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1,

USTCKu70乙酰化在线粒体上打洞，促使凋亡BaxSIRT1

SIRT1精选ppt生物w秀w-

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1,

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。精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCHDAC

Inhibitorr

1.

主要针对ClassicalHDACs；r

2.

激活保护性基因的表达r

3.

抗肿瘤新药精选ppt生物w秀w-

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om

二、组蛋白的甲基化r

1.

主要发生在赖氨酸(K)或精氨酸(R)上；r

2.

Long-term；r

3.

HKMTs

(histone

lysine

methyltransferases)

vs.

PRMTs

(protein

arginine

methyltransferases)r

4.

可逆的生化反应?r

5.

分子效应：增加赖氨酸上的疏水力r

6.

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)

Epigenetics,

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Semester

1,

USTC精选ppt生物w秀w-

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Semester

1,

USTC精氨酸和赖氨酸甲基化的过程精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCLysine

Methylationr

1.

Mono-,

di-

or

tri-

methylationr

2.

H3K9

&

H3K27的tri-

methylation是沉默的异染色质的主要特征r

3.

H3K9的di-

methylation对于常染色质的基因表达是必需的r

4.

H4K20的tri-

methylation是癌症中的一个普遍现象r

5.

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r

6.

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-

or

tri-

methylation|

C.

H3K79的di-

methylation精选ppt生物w秀w-

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Semester

1,

USTC赖氨酸甲基化的功能精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCHKMTsr

A.

HKMTs的家族成员以及各自的底物识别特异性；r

B.

Methyl-lysine结合蛋白质精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCHKMTsr

除了Dot1外，都具有SET

domain精选ppt生物w秀w-

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1,

USTCr

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；r

Activator

(Act)

招募Rad6-Bre1复合物，并加载到Pol

II上r

Rad6-Bre1泛素化H2B，促使H3K4和H3K79的甲基化；r

转录延长过程中，Pol

II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r

H3K4被Chd1识别后结合，招募SAGA复合物；r

SAGA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精选ppt生物w秀w-

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Semester

1,

USTCArginine

Methylationr

Type-I

enzymes

(PRMT1,

PRMT2,

PRMT3,

PRMT4,PRTM6

and

PRMT8):

ω-NG,

NG,-asymmetricdimethylarginines

(aDMA)r

Type-II

enzymes

(PRMT5

and

PRMT7):

ω-NG,

NG,-symmetric

dimethylarginines

(sDMA)精选ppt生物w秀w-

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Semester

1,

USTCPRMTs调控基因转录r

CARM1/PRMT4

(coactivator-associated

arginine

methyltransferase

1):

修饰H3R2,

H3R17

&

H3R26精选ppt生物w秀w-

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Semester

1,

USTC组蛋白乙酰化、甲基化以及DNA甲基化的关系r

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；r

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;r

C.

甲基化的组蛋白尾部招募DNMT，对基因长期沉默精选ppt生物w秀w-

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Semester

1,

USTC异染色质与常染色质的基因沉默r

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r

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，沉默基因的表达精选ppt生物w秀w-

专

w.b心

bi做

oo生

.c物

omEpigenetics,

2008-2009,

Semester

1,

USTC去甲基化酶精选ppt生物w秀w-

专

w.b心

bi做

oo生

.c物

omEpigenetics,

2008-2009,

S