组蛋白甲基化与脂肪生成
组蛋白甲基化与脂肪形成
摘要最近的研究表明，在脂肪形成过程中，很多基因的表达受到表观遗传的调控。组蛋白甲基化是一种重要的表观遗传学修饰，人们对其已经进行了深入的研究。组蛋白甲基化可以通过调控脂肪细胞分化过程中转录因子及脂肪组织特异性基因的表达，从而调控脂肪组织的形成。该文综述了脂肪形成过程中组蛋白甲基化及去甲基化表观调控的最新进展，探讨了脂肪组织组蛋白甲基化的研究趋势和未来发展方向。
关键词组蛋白甲基化；脂肪形成；基因表达；组蛋白甲基转移酶；组蛋白去甲基化酶随着经济的不断发展，肥胖已经成为全球性的公共健康问题，Ⅱ型糖尿病的发生占所有糖尿病的90%-95%，肥胖是Ⅱ型糖尿病的首要危险因素；肥胖还能增加某些类型癌症的发病风险，包括乳腺癌、肾癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌、肝癌、大肠癌、黑色素瘤等(1)；最近有研究表明肥胖可加速人类肝脏的衰老(2)。研究脂肪形成的分子机制将为治疗与糖尿病密切相关的肥胖和脂代谢障碍疾病等提供重要理论依据。组蛋白甲基化可以通过调控脂肪细胞分化过程中转录因子及脂肪组织特异性基因的表达，从而在脂肪形成过程中发挥着重要作用。
1 组蛋白甲基化
组蛋白甲基化作为一种重要的表观遗传学修饰方式，与基因转录调控、异染色质的形成、X染色体失活，基因组印记等密切相关。(3)组蛋白甲基化的异常与多种人类疾病如肿瘤的发生等相关(4)。与乙酰化不同，组蛋白甲基化对基因表达调控的作用可以完全相反，有时促进基因表达，有时却抑制基因表达，调控作用取决于甲基化的位点和甲基化的程度。如H3K4甲基化与基因激活有关，而H3K9和H3K27甲基化与基因沉默相关(3, 5)。组蛋白的甲基化修饰是由一类含有SET结构域、被称为组蛋白甲基转移酶（HMTs）的蛋白质来催化的。SET结构域由最早发现表达这三个结构域的3个基因来命名，分别为Su(var)3?9, Enhancer of zeste (E(z))和trithorax (trx)(6)。组蛋白甲基转移酶（HMTs）分为两个家族，分别是组蛋白赖氨酸甲基转移酶（HKMTs）和蛋白精氨酸甲基转移酶（Prmts）。从Suv39h1第一次被人们发现，很多HMTs相继被人们发现目前已经发现和证实有大概700 多种含SET 结构域的组蛋白甲基转移酶,其中人源的就有100多种。组蛋白的甲基化是一种可逆过程，2004年第一个组蛋白去甲基化酶（HDM）的发现(7)使人们认识到甲基化修饰是被动态调节的。根据催化反应活性中心的不同可以将现在已发现的去甲基化酶分为两个家族：LSD1和含有JmjC结构域的蛋白质。前者含有
黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD) 依赖的胺氧化酶结构域，以质子化的氮作为氢供体，所以只能催化一和二甲基化的赖氨酸；后者含有 JmjC 结构域，不需要氢供体，因此能催化三种甲基化的赖氨酸(8)。精氨酸甲基的去除有两个酶：一个是肽基精氨酸去亚胺基酶4（PADI/PAD4），它能将蛋白质内单甲基化的精氨酸脱去甲基和亚胺基，进而转化为瓜氨酸，因此这一过程常被称为去亚胺基化或瓜氨酸化，故PADl4并不是严格意义上的去甲基化酶(9, 10)。另一个酶是JmjC区域包含蛋白6（JMJD6），它能特异性地将精氨酸上的甲基通过羟基化的过程转化为甲醛，从而实现甲基的脱离(11)。
2 脂肪形成
白色脂肪细胞来源于间充质干细胞，定向为前脂肪细胞后进一步分化为脂肪细胞。棕色脂肪细胞来源自Myf5＋成肌细胞(12, 13)。用于研究定向过程的细胞为多潜能干细胞C3H10T1/2，经过适当的诱导，C3H10T1/2可定向并分化为脂肪细胞，心肌细胞，软
骨细胞等；用于研究脂肪细胞分化过程的细胞系常选用3T3-LI前脂肪细胞系或鼠成纤
维细胞系(MEFs)，利用一系列的诱导剂启动分化进程。定向过程主要通过BMP和Wnt信号通路来调节，定向之后，前脂肪细胞在胰岛素样生长因子1（IGF1），糖皮质激素，cAMP 作用下引发DNA复制重回细胞周期，此过程即有丝分裂克隆扩增。有丝分裂扩增是一个多种转录因子联合作用的复杂过程。基因表达的调控主要受CCTTA/增强子结合蛋白
( CCAAT /enhancer binding protein，C /EBP)家族和过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome Proliferator-Activated receptor，PPAR）的协调作用。而在这两个家
族成员中，C /EBPα 和PPAＲγ 是两个最重要的转录调控因子(14)。利用染色质免疫共沉淀测序可以发现脂肪形成过程中存在多种组蛋白甲基化修饰，如H3K4me3/me2/me1, H3K27me3 and H3K36me3等(15)。
3 H3K4甲基化对脂肪形成的调节
H3K4可发生单甲基化，二甲基化，三甲基化，此位点甲基化多与基因激活相关(3, 5)。H3K4甲基化对脂肪形成有很大影响，Ⅱ型糖尿病性肥胖和非糖尿病性肥胖人群的脂肪细胞H3K4me2水平比正常个体脂肪细胞低约40%，相反，H3K4me3水平在糖尿病性肥胖个
体脂肪细胞中要比正常个体和非糖尿病性肥胖者高40%，并且甲基化的水平与个体年龄无关(16)。全基因组分析显示H3K4me3多位于启动子附近并与转录起始相关(17)。如脂肪细胞特异性可变启动子PPARG附近存在H3K4me3。H3K4me3在PPARγ附近的水平与PPARγ基因表达的动态改变和相对水平密切相关(15)，已有研究通过调节H3K4me3，纳米TiO2可调节人脂肪干细胞的成骨分化(18)；H3K4me2/me1与开放染色体和顺式作用元
件活性有关，常分布于启动子，内含子和基因间区域。人和酵母的H3K4甲基转移酶有Set1, MLL1, MLL2, MLL3/HALR, MLL4/ALR, Ash1, and Set7/9(19)。人H3K4甲基转移酶MLL3对脂肪形成有重要意义。无活性的MLL3突变小鼠白色脂肪量明显减少；MLL3
突变的鼠胚胎成纤维细胞对诱导脂肪形成效应弱于对照组(20)。H3K4甲基转移酶相关蛋白PTIP敲除后会损害H3K4me3及RNA聚合酶Ⅱ在PPARγ及C/EBPα启动子的富集，脂肪形成过程中前脂肪细胞出现显著缺陷(21)。H3K4的去甲基化对脂肪细胞的分化也非常重要，敲除H3K4me2/1去甲基酶LSD1可降低3T3-L1前脂肪细胞的分化，这是由于
C/EBPα启动子处的H3K4me2降低及H3K9me2增多导致的(22)。另外，LSD1去甲基酶抑制剂可阻断其催化活性并促进脂肪干细胞的成骨分化(23)。
4 H3K9甲基化对脂肪形成的调节
H3K9也可发生单甲基化，二甲基化，三甲基化，此位点的甲基化多与基因沉默有关(3, 5)。在脂肪细胞有丝分裂克隆扩增阶段，组蛋白甲基转移酶G9a可被C/EBPβ反式激活，再通过调节启动子处H3K9me2来抑制PPARr和C/EBPα的水平，从而调节脂肪细胞分化(24)。G9a调节H3K9me2是选择性的富集于整个PPARγ位点。在脂肪形成过程中，H3K9me2和G9a的下降水平与PPARγ的诱导呈反相关(25)。常染色质甲基转移酶EHMT1是控制棕色脂肪细胞命运的PRDM16转录复合物的一个必要成分，棕色脂肪细胞中EHMT1的丢失导致棕色脂肪特点的丧失，在活体中通过肌肉选择性基因启动子的“Histone 3 Lys 9”的脱甲基化诱导肌肉分化，EHMT1表达通过使PRDM16蛋白稳定来打开棕色脂肪细胞中的生热基因程序，敲除EHMT1，会减少由BAT介导的适应性热生成，造成肥胖和胰岛素抗性(13)。H3K4/K9去甲基酶LSD1通过抵抗H3K9甲基转移酶的作用来维持染色质活性。敲低H3K9甲基转移酶SETDB1通过降低CEBPα启动子处H3K9二甲基化和增加H3K4二甲基化产生与LSD1相反的作用，从而促进分化(22)。H3K9特异性去甲基化酶Jhdm2a在调控代谢基因表达方面发挥重要作用，敲除Jhdm2a基因的小鼠会产生肥胖和高脂血症，在棕色脂肪细胞中可导致β－肾上腺素刺激的糖释放和棕色脂肪组织中氧消耗的紊乱(26)。可见组蛋白甲基化修饰是甲基转移酶和去甲基化酶的动态协调催化过程(26)，多种组蛋白甲基化共同调节脂肪细胞的分化，组蛋白甲基化对代谢调节意义重大。但H3K9me2在人群间的水平较稳定(16)。
5 H3K27甲基化对脂肪形成的调节
H3K27me3与Polycomb复合物介导的基因沉默相关(27)，广泛分布于不活跃的侧翼区域。Wnt信号通路可抑制脂肪形成。全基因组分析研究显示H3K27甲基转移酶Ezh2
在Wnt基因区的富集。在脂肪形成过程中及前脂肪细胞中Ezh2直接抑制Wnt1，-6，-10a 及-10b基因。敲除Ezh2消除Wnt启动子区的H3K27me3及Wnt的表达抑制，将导致Wnt 信号通路的激活，脂肪形成从而受到抑制。Ezh2正是通过抑制Wnt基因来促进脂肪形成(28)。
6 Prmts对脂肪形成的调节
哺乳动物有九种蛋白精氨酸甲基转移酶（Prmts），人们已经发现Prmt5是脂肪细胞分化必须的，在脂肪形成过程中它能通过提高PPARγ2及其靶基因的表达来促进脂肪细胞基因表达及分化(29)。Prmt7的生物学意义还不清楚，在在脂肪形成分化过程中，Prmt7与Prmt5不同，并不是必须的，敲低或过表达Prmt7对脂质积累或脂肪形成的基因表达无影响(30)。
7 展望
组蛋白甲基化作为一种重要的表观遗传修饰方式，在脂肪形成过程中起着重要作用。目前的研究主要集中在组蛋白甲基化对白色脂肪的发育分化影响，而对棕色脂肪及白色脂肪棕色化的影响研究较少。更多的研究棕色脂肪分化过程中的组蛋白甲基化有助于揭示白色脂肪与棕色脂肪形成调控机制的差异。另外，对脂肪形成过程中DNA甲基化等表观遗传学修饰的研究已有很多，组蛋白甲基化与这些表观遗传学修饰关系密切，揭示它们之间的联系有着非常重要的意义。从表观遗传学的角度，整体地研究脂肪形成的机制，将为肥胖及其相关疾病的预防和治疗开辟新的思路。
参考文献
1. Sanchez C, Ibanez C, Klaassen J. The link between obesity and cancer. Revista medica de Chile. 2014;142(2):211-21.
2. Horvath S, Erhart W, Brosch M, Ammerpohl O, von Schonfels W, Ahrens M, et al. Obesity accelerates epigenetic aging of human liver. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014;111(43):15538-4
3.
3. Martin C, Zhang Y. The diverse functions of histone lysine methylation. Nature reviews Molecular cell biology. 2005;6(11):838-49.
4. Seligson DB, Horvath S, Shi T, Yu H, Tze S, Grunstein M, et al. Global histone modification patterns predict risk of prostate cancer recurrence. Nature. 2005;435(7046):1262-6.
5. Bannister AJ, Kouzarides T. Reversing histone methylation. Nature. 2005;436(7054):1103-
6.
6. Qian C, Zhou MM. SET domain protein lysine methyltransferases: Structure, specificity and catalysis. Cellular and molecular life sciences : CMLS. 2006;63(23):2755-63.
7. Shi Y, Lan F, Matson C, Mulligan P, Whetstine JR, Cole PA, et al. Histone demethylation mediated by the nuclear amine oxidase homolog LSD1. Cell. 2004;119(7):941-53.
8. Nottke A, Colaiacovo MP, Shi Y. Developmental roles of the histone lysine demethylases. Development. 2009;136(6):879-89.
9. Wang Y, Wysocka J, Sayegh J, Lee YH, Perlin JR, Leonelli L, et al. Human PAD4 regulates histone arginine methylation levels via demethylimination. Science. 2004;306(5694):279-83.
10. Cuthbert GL, Daujat S, Snowden AW, Erdjument-Bromage H, Hagiwara T, Yamada M, et al. Histone deimination antagonizes arginine methylation. Cell. 2004;118(5):545-53.
11. Chang BS, Chen Y, Zhao YM, Bruick RK. JMJD6 is a histone arginine demethylase. Science. 2007;318(5849):444-7.
12. Seale P, Bjork B, Yang W, Kajimura S, Chin S, Kuang S, et al. PRDM16 controls a brown fat/skeletal muscle switch. Nature. 2008;454(7207):961-7.
13. Ohno H, Shinoda K, Ohyama K, Sharp LZ, Kajimura S. EHMT1 controls brown adipose cell fate and thermogenesis through the PRDM16 complex. Nature. 2013;504(7478):163-7.
14. Tang QQ, Lane MD. Adipogenesis: from stem cell to adipocyte. Annual review of biochemistry. 2012;81:715-36.
15. Mikkelsen TS, Xu Z, Zhang X, Wang L, Gimble JM, Lander ES, et al. Comparative epigenomic analysis of murine and human adipogenesis. Cell. 2010;143(1):156-69.
16. Jufvas A, Sjodin S, Lundqvist K, Amin R, Vener AV, Stralfors P. Global differences in specific histone H3 methylation are associated with overweight and type 2 diabetes. Clinical epigenetics. 2013;5(1):15.
17. Barski A, Cuddapah S, Cui KR, Roh TY, Schones DE, Wang ZB, et al. High-resolution profiling of histone methylations in the human genome. Cell. 2007;129(4):823-37.
18. Longwei Lv a, Yunsong Liu a, 1, Ping Zhang a, Xiao Zhang a, Jianzhang Liu a, Tong Chen a,, Penglei Su b HLb, **, Yongsheng Zhou a, c, *. The nano scale geome try of TiO2 nanotubes
influences the osteogenic differentiation of human adipose-derived stem cells by modulating H3K4 trimethylation. Biomaterials. 2014.
19. Ruthenburg AJ, Allis CD, Wysocka J. Methylation of lysine 4 on histone H3: intricacy of writing and reading a single epigenetic mark. Molecular cell. 2007;25(1):15-30. 20. Lee J, Saha PK, Yang QH, Lee S, Park JY, Suh Y, et al. Targeted inactivation of MLL3 histone H3-Lys-4 methyltransferase activity in the mouse reveals vital roles for MLL3 in adipogenesis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2008;105(49):19229-34.
21. Cho YW, Hong S, Jin Q, Wang L, Lee JE, Gavrilova O, et al. Histone methylation regulator PTIP is required for PPARgamma and C/EBPalpha expression and adipogenesis. Cell metabolism. 2009;10(1):27-39.
22. Musri MM, Carmona MC, Hanzu FA, Kaliman P, Gomis R, Parrizas M. Histone demethylase LSD1 regulates adipogenesis. The Journal of biological chemistry. 2010;285(39):30034-41.
23. Wenshu Ge a b, 1, Yunsong Liu b,1, Tong Chen b, Xiao Zhang b, Longwei Lv b, Chanyuan Jin b,, Yong Jiang a LSc, **, Yongsheng Zhou b, d,*. The epigenetic promotion of osteogenic differentiation of human adipose-d erived stem cells by the genetic and chemic al blockade of histone de methylase L SD1. Biomaterials. 2014;35(2014):11.
24. Li SF, Guo L, Qian SW, Liu Y, Zhang YY, Zhang ZC, et al. G9a is transactivated by C/EBPbeta to facilitate mitotic clonal expansion during 3T3-L1 preadipocyte differentiation. American journal of physiology Endocrinology and metabolism. 2013;304(9):E990-8.
25. Wang L, Xu S, Lee JE, Baldridge A, Grullon S, Peng W, et al. Histone H3K9 methyltransferase G9a represses PPARgamma expression and adipogenesis. The EMBO journal. 2013;32(1):45-59.
26. Tateishi K, Okada Y, Kallin EM, Zhang Y. Role of Jhdm2a in regulating metabolic gene expression and obesity resistance. Nature. 2009;458(7239):757-61.
27. Yuan W, Wu T, Fu H, Dai C, Wu H, Liu N, et al. Dense chromatin activates Polycomb repressive complex 2 to regulate H3 lysine 27 methylation. Science. 2012;337(6097):971-5.
28. Wang L, Jin Q, Lee JE, Su IH, Ge K. Histone H3K27 methyltransferase Ezh2 represses Wnt genes to facilitate adipogenesis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(16):7317-22.
29. LeBlanc SE, Konda S, Wu Q, Hu YJ, Oslowski CM, Sif S, et al. Protein arginine methyltransferase 5 (Prmt5) promotes gene expression of peroxisome proliferator-activated receptor gamma2 (PPARgamma2) and its target genes during adipogenesis. Molecular endocrinology. 2012;26(4):583-97.
30. Hu YJ, Sif S, Imbalzano AN. Prmt7 is dispensable in tissue culture models for adipogenic differentiation. F1000Research. 2013;2:279.
组蛋白翻译后修饰的类型汇编
组蛋白翻译后修饰的 类型
组蛋白翻译后修饰的类型 组蛋白和组蛋白翻译后修饰通过影响染色质的结构来调控基因的表达，目前已成为表观遗传学研究的焦点之一。 染色质是一系列核小体相互连接成的念珠状结构。核小体的核心是由组蛋白 H2A、H2B H3、H4各两个分子构成的八聚体，在八聚体的表面缠绕有1.75圈的双螺旋DNA相邻的两个核小体之间由DNA连接,称为纤丝（fiber）, 在纤丝部位结合有组蛋白分子H1。在组蛋白H1存在时,核小体之间紧密接触，形成直径为10nm的纤维状结构。这就是染色体构型变化的一级结构。在染色质中,DNA和组蛋白是染色质的稳定成分,组蛋白与DNA勺含量之比接近1 : 1 组蛋白是染色质的主要蛋白质成分，通过带正电荷的氨基末端区域与带负电荷的DNA骨架相互作用,对基因的表达有重要调控作用。 染色体活性调控的一个重要的机制是组蛋白的可逆共价修饰，通常容易发生在组蛋白H3和H4的N端尾部，组蛋白H2A和H2B的N和C末端，包括甲基化，乙酰化，磷酸化，ADP核糖基化，泛素化和小分子类泛素化修饰，这些翻译后修饰可改变组蛋白与DNA之间的相互作用，影响调控复合物与染色质结合的能力及染色质重塑，进而影响着细胞的多种功能。 1?甲基化 组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶（hist on emethyltra nsferase ，HMT完成的。甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上，而且赖氨酸残基能够发生单、双、二甲基化，而精氨酸残基能够单、双甲基化，这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。甲基化的作用位点在赖氨酸
（Lys）、精氨酸（Arg）的侧链N原子上。组蛋白H3的第4、 9、27和36位，H4的第20位Lys, H3的第2、17、26位及H4的第3位Arg都 是甲基化的常见位点。研究表明?，组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记，精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。相反，赖氨酸甲基化似乎是基因表达调控中一种较为稳定的标记。例如，H3第4位的赖氨酸残基甲基化与基因激活相关，而第9位和第27位赖氨 酸甲基化与基因沉默相关。此外，H— K20的甲基化与基因沉默相关，H3- K36 和 H3-K79的甲基化与基因激活有关。但应当注意的是，甲基化个数与基因沉默和激活的程度相关。 2?乙酰化 组蛋白乙酰化主要发生在H3 H4的N端比较保守的赖氨酸位置上，是由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶协调进行。组蛋白乙酰化呈多样性，核小体上有多个位点可提供乙酰化位点，但特定基因部位的组蛋白乙酰化和去乙酰化是以一种非随机的、位置特异的方式进行。乙酰化可能通过对组蛋白电荷以及相互作用蛋白的影响，来调节基因转录。早期对染色质及其特征性组分进行归类划分时就有人总结指出：异染色质结构域组蛋白呈低乙酰化，常染色质结构域组蛋白呈高乙酰化。最近有研究发现，某些HAT复合物含有一些常见的转 录因子，某些HDAC复合物含有已被证实的阻遏蛋白。这些发现支持了高乙酰化与激活基因表达、低乙酰化与抑制基因表达有关的看法。 3. 磷酸化 组蛋白H3在有丝分裂过程中，两个丝氨酸残基SerlO和Ser28发生了磷酸化作用。Ser10磷酸化组蛋白H3首先出现在G2晚期的核周缘，Ser28磷酸化组蛋白
黏蛋白染色液(温和甲基化法)
黏蛋白染色液(温和甲基化法) 简介： 黏液物质染色有多种方法，如AB-PAS 染色、黏液HID-AB 染色、标准阿利新蓝染色等。以上方法大多是利用阿利新蓝(Alcian)属于阳离子染料可与酸性基团结合，也即阿尔辛蓝与组织内含有的阴离子基团如羧基和硫酸根形成不溶性复合物这一原理。 Leagene 黏蛋白染色液(温和甲基化法)属于化学修饰和阻断法的一种，其原理是利用含酒精的碱性溶液裂解耐酶唾液酸中的O-乙酰基，O-乙酰基的去除及唾液酸侧链羟基的形成恢复了唾液酸对PAS 的反应性。Alcian 染色液pH 值为2.5时，组织内的羧基电离，带有一个负电荷，与阿利新蓝中的阳离子形成盐键，使带有羧基的组织(如蛋白多糖/透明质酸以及上皮酸性黏蛋白)染色，主要用于鉴别黏蛋白中的酸性基团。 组成： 自备材料： 1、 系列乙醇 2、 恒温箱 3、 蒸馏水、去离子水 操作步骤(仅供参考)： 1、 两张阳性对照片和两张实验切片均脱蜡至水。 2、 将一张阳性对照片和一张实验片入酸性甲醇溶液，孵育。另外的一张阳性对照片和一张实验片仅用去离子水孵育。 3、 流水冲洗。 4、 Alcian 染色液染色。 5、 流水冲洗。 6、 梯度乙醇脱水，二甲苯透明，中性树胶封片。 染色结果: 编号 名称 DG0060 2×50ml Storage 试剂(A): 酸性甲醇溶液 50ml RT 试剂(B): Alcian 染色液 50ml 4℃ 避光 使用说明书 1份
未处理的硫酸黏蛋白、硫酸蛋白多 蓝色 糖、唾液粘蛋白、透明质酸 处理后的切片淡蓝色 注：处理后的残存的任何颜色都是由于存在硫酸黏蛋白和(或)硫酸蛋白多糖。注意事项： 1、处理时间超过4h有可能导致硫酸根水解。 2、需要阳性对照片以便验证甲基化程序的有效性。 3、为了您的安全和健康，请穿实验服并戴一次性手套操作。 有效期：12个月有效。 相关： 编号名称 DC0032 Masson三色染色液 DF0111 中性福尔马林固定液(10%) DG0005 糖原PAS染色液 DM0007 瑞氏-姬姆萨复合染色液 IH0252 抗淬灭荧光封片剂 PE0103 Acr-Bis(30%,29:1) TE0002 碱性磷酸酶(ALP)检测试剂盒(PNP微板法)
组蛋白去甲基化酶研究进展 - 生命科学
生命科学 Chinese Bulletin of Life Sciences 第22卷 第2期2010年2月 Vol. 22, No. 2Feb., 2010 文章编号 ：1004-0374(2010)02-0109-06 组蛋白去甲基化酶研究进展 徐龙勇，陈德桂* （中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所，上海200031） 摘 要：组蛋白甲基化是一种重要的表观遗传修饰方式，2004年组蛋白去甲基化酶的发现使人们认识到 组蛋白的甲基化也是一个可逆的修饰过程，并由此掀起了人们对组蛋白去甲基化研究的热潮。该文主要从近年来研究人员在组蛋白去甲基化酶的鉴定、组蛋白去甲基化酶的功能研究等方面取得的进展进行阐述，并就该方面的研究进行展望。 关键词：组蛋白去甲基化酶；生理功能；组蛋白甲基化；表观遗传学中图分类号：R730.2; Q512.7 文献标识码：A Research progress and prospect of histone demethylases XU Long-yong, CHEN De-gui* (State Key Laboratory of Molecular Biology, Institute of Biochemistry and Cell Biology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031, China) Abstract: Histone methylation, as one of the major epigenetic modifications, was considered a stable modifica-tion until the identification of the first histone demethylase in 2004. This review focuses on the research progress and prospect in the identification and characterization of histone demethylases and the studies of their biological functions. Key words: histone demethylase; biological function; histone methylation; epigenetics 收稿日期：2009-07-13；修回日期：2009-08-21基金项目：上海市分子科学重点实验室资助项目(0859531331); “上海浦江人才”资助项目(07573036)*通讯作者：E-mail ：cdchen@https://www.360docs.net/doc/59243820.html, 近年来，表观遗传学研究逐渐兴起。自2004年第一个组蛋白去甲基化酶被发现以来，该领域的研究已经有了长足的进展。本文就组蛋白去甲基化酶的研究背景、组蛋白去甲基化酶的鉴定及生理功能的研究进展进行简要阐述，并对组蛋白去甲基化酶的研究进行展望。 1 组蛋白去甲基化的研究背景 1.1 表观遗传学 人类基因组计划(human genome project ，HGP)的完成和技术的发展，极大地丰富了近代基因概念的内涵。然而, 阐明在特定的条件下，基因选择性表达所依赖的调控信息及其相互作用的分子机制，更是揭示生命现象本质的核心问题，是结构基因组之后功能基因组研究的重要内容。表观遗传学正是研究在不涉及DNA 序列变化的情况下改变基因组的 修饰，而这种修饰不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去[1], 因此是研究基因组功能及基因表达调控的关键领域之一。表观遗传有三个相关的概念：(1)可遗传的，即这类通过改变有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间传递；(2)可逆性的基因表达调控；(3)没有DNA 序列变化或者不能用DNA 序列的变化解释。异常的表观遗传修饰会使基因错误地表达，引起发育异常、代谢紊乱和疾病，甚至肿瘤的发生，因此表观遗传修饰对于研究个体发育以及肿瘤的发生、诊断和治疗等方面具有重大意义[2-4]。 当前表观遗传学的研究内容主要是四个方面：
(完整版)泛素化蛋白检测方法
泛素化蛋白检测方法 蛋白质泛素化简介蛋白质泛素化修饰过程在人体免疫系统调节过程中起到了关键性的作用。与磷酸化修饰过程一样，泛素化修饰过程也是一种可逆的共价修饰过程，它能够调节被修饰蛋白的稳定性、功能活性状态以及细胞内定位等情况。 泛素蛋白是一个由76 个氨基酸残基组成的非常保守的多肽，它能在E1、E2、E3 酶等一系列酶促反应催化下与细胞内靶蛋白上的一个或多个赖氨酸残基发生共价连接。泛素蛋白本身也含有7 个赖氨酸残基，因此它们之间也可以通过这些位点互相连接，形成多泛素蛋白链（polyubiquitin chain）。目前研究显示，如果多泛素蛋白链与被修饰蛋白上的第48 位赖氨酸残基相连，会介导靶蛋白进入蛋白酶体而被降解；如果与被修饰蛋白上其它位点，比如第63 位赖氨酸残基相连，则靶蛋白可以发挥信号通路功能而不会被降解。 与磷酸化修饰途径一样，泛素化修饰途径也是可逆的，即可以通过去泛素化酶（DUB ）将泛素蛋白修饰物去除掉。靶蛋白经泛素化途径修饰之后，连接在靶蛋白上的泛素蛋白单体或多聚体可以被各种泛素蛋白结合结构域（UBD ）所 识别和结合。人类蛋白质组中含有两种E1酶、50种E2酶、600种E3酶、90 种DUB 酶和20 种UBD ，这说明泛素修饰途径在细胞调控中起到了多么重要的作用。E3 酶是泛素修饰途径中决定底物特异性的关键酶，它可以分为两大类，即含有HECT 结构域的E3 酶和其它含有RING 结构域或RING 样结构域（比如U-box 或PHD 结构域）的E3 酶。这两种E3 酶都在免疫调控过程中起到了关键性的作用。 蛋白质泛素化的检测方法研究蛋白质的泛素化首先需要明确的三个基本点：哪些蛋白发生了泛素化；发生了泛素化的蛋白质，具体是哪个位点的赖氨酸残基发生了泛素化；进行定量。 明确了上述几点后，进一步需要弄清楚的是，我们感兴趣的泛素化蛋白，是 如何发生泛素化的，影响这一泛素化过程的关键分子是什么？或者说这一过程中的E3 酶是什么？ 然后需要研究的是，这一蛋白质发生泛素化之后可以产生那些分子效应？对下游
蛋白质泛素化研究进展—探索蛋白修饰的秘密
蛋白质泛素化研究进展——探索蛋白修饰的秘密 泛素是一种含76个氨基酸的多肽，存在于除细菌外的许多不同组织和器官中，具有标记待降解蛋白质的功能。被泛素标记的蛋白质在蛋白酶体中被降解。由泛素控制的蛋白质降解具有重要的生理意义，它不仅能够清除错误的蛋白质，还对细胞周期调控、DNA修复、细胞生长、免疫功能等都有重要的调控作用。 2004年，以色列科学家Aaron Ciechanover、Avram Hershko和美国科学家Irwin Rose就因发现泛素调节的蛋白质降解而被授予2004年诺贝尔化学奖。正是因为泛素调节的蛋白质降解在生物体中如此重要，因而对它的开创性研究也就具有了特殊意义。目前，在世界各地的很多实验室中，科学家不断发现和研究与这一降解过程相关的细胞新功能。现在，研究人员已发现泛素具有多种非蛋白水解功能，包括参与囊泡转运通路、调控组蛋白修饰以及参与病毒的出芽过程等。 鉴于蛋白质降解异常与许多疾病，例如癌症、神经退行性病变以及免疫功能紊乱的发生密切相关，而基因的功能是通过蛋白质的表达实现的，因此，泛素在蛋白质降解中的作用机制如能被阐明将对解释多种疾病的发生机制和遗传信息的调控表达有重要意义。 《生命奥秘》本月专题将介绍泛素系统的来源、研究进展，并重点介绍以“泛素-蛋白酶”为靶位的抗癌疗法，希望能给相关领域的研究人员带来崭新的思路。 一、泛素样蛋白的来源及功能 1. 泛素样蛋白及其相关蛋白结构域 2. 泛素样蛋白连接后的结果 3. 泛素样蛋白修饰途径的起源 4. 前景展望 二、泛素化途径与人体免疫系统调节 1. 泛素修饰途径与NF-κB信号通路的关系 2. 泛素蛋白在天然免疫中的作用 3. 泛素化修饰途径在获得性免疫机制中的作用
组蛋白甲基化的功能
如对您有帮助，可购买打赏，谢谢 组蛋白甲基化的功能 导语：健康长寿是每个人都想拥有的，所以对于很多人来说，要想让自己健康长寿，必须要了解更多的健康知识，所以有很多人，想全面了解一下组蛋白甲 健康长寿是每个人都想拥有的，所以对于很多人来说，要想让自己健康长寿，必须要了解更多的健康知识，所以有很多人，想全面了解一下组蛋白甲基化的功能，为了你能了解的更详细，就来一起看看下面详细的介绍，希望你能了解更多。 甲基化的功能 甲基化是蛋白质和核酸的一种重要的修饰，调节基因的表达和关闭，与癌症、衰老、老年痴呆等许多疾病密切相关，是表观遗传学的重要研究内容之一。最常见的甲基化修饰有DNA甲基化和组蛋白甲基化。 DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。研究证实，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体1/3以上由于碱基转换而引起的遗传病。DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)和少量的N6-甲基腺嘌呤(N6-mA)及7-甲基鸟嘌呤(7-mG)。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。 DNA甲基化是指生物体在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，DMT) 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。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。但在哺乳动物中DNA甲基化主要发生在5’-CpG-3’的C上生成5-甲基胞嘧啶(5mC)在哺乳动物中CpG以两种形式存在：一种是分散于DNA序列中;另 常识分享，对您有帮助可购买打赏
JmjC蛋白 组蛋白去甲基化修饰 水稻根系
JmjC蛋白论文：OsJMJ714在水稻侧根发育中的功能分析 【中文摘要】组蛋白赖氨酸甲基化是一种重要的表观遗传学修饰,在调控基因表达过程中起重要作用。在动物中已经证明JmjC蛋白具有组蛋白去甲基化酶活性,并且JmjC结构域为这类蛋白的催化域。进化分析发现水稻中有20个含有JmjC结构域的蛋白,分为4个家族, 其中JmjC domain only家族中的7个蛋白只含有JmjC结构域。研究报道水稻OsJMJ760影响组蛋白去甲基化,在花器官的形成与发育过 程中具有重要作用,而其他成员的功能尚不清楚。OsJMJ714是JmjC domain only家族成员之一,其氨基酸序列的生物信息学分析结果表明OsJMJ714催化域的核心序列包含保守的Fe(II)和αKG结合位点;在此基础上,我们在水稻体内和体外组蛋白去甲基化实验中均证实OsJMJ714具有使组蛋白发生H3K9me1/2/3去甲基化修饰的组蛋白去甲基化酶活性。在转录水平上,我们通过荧光定量PCR分析了该基因在水稻苗期的表达特性。OsJMJ714基因在苗期不同组织的表达分析结果表明, OsJMJ714基因在根中的表达高于地上部的表达。我们发现OsJMJ714基因的表达受不同浓度NaCl处理的诱导;而且随着盐处理时间增长, OsJ... 【英文摘要】Histone lysine methylation is an important epigenetic modification and plays key roles in regulating gene expression. In animals, JmjC domain containing proteins have histone demethylase activity, and the JmjC domain is their
泛素化蛋白检测办法
精心整理 泛素化蛋白检测方法 ● 蛋白质泛素化简介 蛋白质泛素化修饰过程在人体免疫系统调节过程中起到了关键性的作用。与磷酸化修饰过程一样，泛素化修饰过程也是一种可逆的共价修饰过程，它能够调节被修饰蛋白的稳定性、功能活性状态以及细胞内定位等情况。 泛素蛋白是一个由76个氨基酸残基组成的非常保守的多肽，它能在E1、E2、E3酶等一系列酶7个赖氨蛋白链（位赖氨酸）将泛素E2酶、600种E3E3E3E3酶都● 影响这一泛素化过程的关键分子是什么？或者说这一过程中的E3酶是什么？ 然后需要研究的是，这一蛋白质发生泛素化之后可以产生那些分子效应？对下游的信号通路有什么影响？ 研究上述内容的实验方法和实验流程： 方法一：westernblotandstrip 通过WB 检测所有发生泛素化的蛋白条带，拍照后，将膜strip 。然后与特定蛋白的抗体和特定泛素化位点的抗体反应，显色拍照。通过阳性条带的对比来初步判断某一特定蛋白的特定
位点发生了泛素化。【具体实验流程附后】 方法二：westernblotandimmunoprecipitations 通过免疫共沉淀方法将某一特定蛋白以及与其结合的蛋白分离出来。分离出来的蛋白再进行SDS电泳和westernblot分析。【具体实验流程附后】。这一方法可以明确具体哪个蛋白的哪个赖氨酸残基发生了泛素化修饰。 方法三：invitroubiquitinationassay 将要研究的目的基因转染293细胞，使其大量表达。24h后提取并分离目的蛋白。在体外反应buffer中将我们要研究的蛋白A（被泛素化的那个蛋白）与UBE1， A泛 。 SDS电
关于组蛋白、甲基化、CHIP-Seq、结合位点、转录因子
关于组蛋白、甲基化、转录因子、结合位点和CHIP-Seq 1)染色质：真核细胞分裂间期的细胞核内的一种物质，这种物质的基本化学成分为脱氧核 糖核酸核蛋白(核蛋白就是由DNA或RNA与蛋白质形成的复合体)，主要由DNA和组蛋白构成，也含有少量的非组蛋白和RNA。由于它可以被碱性的染料染色，所以称为染色质。在细胞的有丝分裂期，染色质经过螺旋、折叠，包装成了染色体。 2)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。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。这时染色质的压缩包装比(packing ratio)为6左右，即DNA 由伸展状态压缩了近6倍。200 bp DNA为平均长度；不同组织、不同类型的细胞，以及同一细胞里染色体的不同区段中，盘绕在组蛋白八聚体核心外面的DNA长度是不同的。如真菌的可以短到只有154 bp，而海胆精子的可以长达260bp，但一般的变动范围在180bp到200bp之间。在这200bp中，146 bp是直接盘绕在组蛋白八聚体核心外面，这些DNA不易被核酸酶消化，其余的DNA是用于连接下一个核小体。连接相邻2个核小体的DNA分子上结合了另一种组蛋白H1。组蛋白H1包含了一组密切相关的蛋白质，其数量相当于核心组蛋白的一半，所以很容易从染色质中抽提出来。所有的H1被除去后也不会影响到核小体的结构，这表明H1是位于蛋白质核心之外的。 3)染色体：在细胞的有丝分裂的分裂期由染色质经螺旋折叠形成，呈线状或棒状。 4) 有丝分裂：真核细胞的染色质凝集成染色体、复制的姐妹染色单体在纺锤丝的牵拉下分 向两极，从而产生两个染色体数和遗传性相同的子细胞核的一种细胞分裂类型。分裂具有周期性。即连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期，（这两个阶段所占的时间相差较大，一般分裂间期占细胞周期的90%-95%；分裂期大约占细胞周期的5%-10%。细胞种类不同，一个细胞周期的时间也不相同。）分裂期又分为分裂前期、分裂中期、分裂后期和分裂末期。细胞在分裂之前，必须进行一定的物质准备。细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个过程。有丝分裂是一个连续的过程按先后顺序划分为间期、前期、中期、后期和末期五个时期，在前期和中期之间有时还划分出一个前中期。 5) 分裂间期：主要完成DNA的复制和蛋白质的合成，DNA复制时边解旋编复制。 6) 姐妹染色单体：姐妹染色单体是指染色体在细胞有丝分裂（包括减数分裂）的间期进 行自我复制，形成由一个着丝点连接着的两条完全相同的染色单体。（若着丝点分裂，则就各自成为一条染色体了）。每条姐妹染色单体含1个DNA。 7) 同源染色体：二倍体细胞中染色体以成对的方式存在, 一条来自父本，一条来自母本， 且形态、大小相同，并在减数分裂前期相互配对的染色体。含相似的遗传信息。 8) 组蛋白：一组进化上非常保守的碱性蛋白质，其中碱性氨基酸(Arg，Lys)约占25%，存 在于真核生物染色质，分为5种类型(H1，H2A，H2B，H3，H4)，后4种各2个形成组蛋白八聚体，构成核小体的核心，占核小体质量的一半。组蛋白的基因非常保守。亲缘关系较远的种属中,四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)氨基酸序列都非常相似。 9) 甲基化(methylation)：从活性甲基化合物(如S-腺苷基甲硫氨酸)上催化其甲基转移到其 他化合物的过程。可形成各种甲基化合物，或是对某些蛋白质或核酸等进行化学修饰形成甲基化产物。甲基化是蛋白质和核酸的一种重要的修饰，调节基因的表达和关闭，与癌症、衰老、老年痴呆等许多疾病密切相关，是表观遗传学的重要研究内容之一。最常见的甲基化修饰有DNA甲基化和组蛋白甲基化。DNA甲基化是指生物体在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，DMT) 的催化下，以s-腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基
组蛋白甲基化与去甲基化
组蛋白甲基化与去甲基化的机制及功能研究 摘要：组蛋白修饰是真核生物中最重要的控制基因转录调节的表观遗传修饰之一。其中，组蛋白甲基化和去甲基化又是组蛋白最主要的并且研究较为清楚的修饰种类。经典的分子生物学和基因工程工具为组蛋白甲基化和去甲基化提供了很有利的研究手段。在此，我们回顾了一下此方面成就和进展，对组蛋白甲基化和去甲基化的机制和功能进行了较为详细的介绍。 关键词：组蛋白甲基化去甲基化机制功能 核小体是染色质的基本组成单位，是由4种核心组蛋白(H3、H4、H2A、H2B)叠加构成的一种八聚体复合物，同时也是DNA的载体，其外盘绕着核酸链。4种组蛋白结合紧密，但其N端“尾部”却伸向核小体外侧，是各种组蛋白修饰酶的作用靶点，这些修饰在基因的转录调控中发挥着重要作用：一方面它们能够改变染色质的结构状态而影响转录；另一方面，它们也可作为某些转录因子的识别位点和结合平台，从而募集基因转录的调控因子[1]。 组蛋白修饰有很多种，如：甲基化、乙酰化、范塑化等。组蛋白修饰可以发生在不同的位点，同一位点也可以发生不同的组蛋白修饰，这些修饰通过影响组蛋白-DNA和组蛋白-组蛋白的相互作用而改变染色质的结构。单一的组蛋白修饰往往不能独立地发挥作用，一种修饰的存在可以指导或抑制同一组蛋白上另一修饰的存在，形成一个修饰的级联。这些修饰可以作为一种标志或语言，也被称为“组蛋白密码”[1]，组蛋白密码大大丰富了传统遗传密码的信息含量。 组蛋白甲基化是目前研究相对清楚的一种组蛋白修饰。组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶（histone methylation transferase，HMT）完成的，可以发生在赖氨酸和精氨酸两种氨基酸残基上。赖氨酸可以分别被一、二、三甲基化，精氨酸只能被一、二甲基化，这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。其中，组蛋白H3的K4、K9、K27、K36、K79、H4的K20和H3的R2、Rl7、R26及H4的R3均可被甲基化。 1.精氨酸的甲基化 1.1组蛋白精氨酸甲基转移酶 蛋白精氨酸甲基转移酶(protein arginine methyltransferases ,PRMTs)能够将S-腺苷甲硫氨酸(AdoMet)上的甲基转移到靶蛋白精氨酸残基末端的胍基上，反应最初产生单甲基化精氨酸，也可连续两次催化得到非对称双甲基化精氨酸(SDMA)(称为Ⅰ型)，或对称的双甲基化精氨酸(ADMA)(称为Ⅱ型)。在人体内已鉴别出11种PRMTs，除PRMT2、10和11外，其他的PRMTs 都具有催化精氨酸甲基化的能力，而PRMT1、4、5、6、7和9具有特异的组蛋白精氨酸甲基转移酶活性，其中PRMT1,4,6属于Ⅰ型的PRMTs，而PRMT5,7,9属于Ⅱ型PRMTs[2,3]。 1.2组蛋白精氨酸甲基化与基因调控 组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记，在基因转录调控中发挥着重要作用，并能影响细胞的多种生
泛素化蛋白检测方法[精华]
泛素化蛋白检测方法[精华] 泛素化蛋白检测方法 , 蛋白质泛素化简介 蛋白质泛素化修饰过程在人体免疫系统调节过程中起到了关键性的作用。与磷酸化修饰过程一样，泛素化修饰过程也是一种可逆的共价修饰过程，它能够调节被修饰蛋白的稳定性、功能活性状态以及细胞内定位等情况。 泛素蛋白是一个由76个氨基酸残基组成的非常保守的多肽，它能在E1、E2、E3酶等一系列酶促反应催化下与细胞内靶蛋白上的一个或多个赖氨酸残基发生共价连接。泛素蛋白本身也含有7个赖氨酸残基，因此它们之间也可以通过这些位点互相连接，形成多泛素蛋白链(polyubiquitin chain)。目前研究显示，如果多泛素蛋白链与被修饰蛋白上的第48位赖氨酸残基相连，会介导靶蛋白进入蛋白酶体而被降解;如果与被修饰蛋白上其它位点，比如第63位赖氨酸残基相连，则靶蛋白可以发挥信号通路功能而不会被降解。 与磷酸化修饰途径一样，泛素化修饰途径也是可逆的，即可以通过去泛素化酶(DUB)将泛素蛋白修饰物去除掉。靶蛋白经泛素化途径修饰之后，连接在靶蛋白上的泛素蛋白单体或多聚体可以被各种泛素蛋白结合结构域(UBD)所识别和结合。人类蛋白质组中含有两种E1酶、50种E2酶、600种E3酶、90种DUB酶和20种UBD，这说明泛素修饰途径在细胞调控中起到了多么重要的作用。E3酶是泛素修饰途径中决定底物特异性的关键酶，它可以分为两大类，即含有HECT结构域的E3酶和其它含有RING结构域或RING样结构域(比如U-box或PHD结构域)的E3酶。这两种E3酶都在免疫调控过程中起到了关键性的作用。 , 蛋白质泛素化的检测方法
研究蛋白质的泛素化首先需要明确的三个基本点:哪些蛋白发生了泛素化;发生了泛素化的蛋白质，具体是哪个位点的赖氨酸残基发生了泛素化;进行定量。 明确了上述几点后，进一步需要弄清楚的是，我们感兴趣的泛素化蛋白，是如何发生泛素化的，影响这一泛素化过程的关键分子是什么,或者说这一过程中的E3酶是什么, 然后需要研究的是，这一蛋白质发生泛素化之后可以产生那些分子效应,对下游的信号通路有什么影响, 研究上述内容的实验方法和实验流程: 方法一:western blot and strip 通过WB检测所有发生泛素化的蛋白条带，拍照后，将膜strip。然后与特定蛋白的抗体和特定泛素化位点的抗体反应，显色拍照。通过阳性条带的对比来初步判断某一特定蛋白的特定位点发生了泛素化。【具体实验流程附后】方法二:western blot and immunoprecipitations 通过免疫共沉淀方法将某一特定蛋白以及与其结合的蛋白分离出来。分离出来的蛋白再进行SDS电泳和western blot分析。【具体实验流程附后】。这一方法可以明确具体哪个蛋白的哪个赖氨酸残基发生了泛素化修饰。 方法三:in vitro ubiquitination assay 将要研究的目的基因转染293细胞，使其大量表达。24h后提取并分离目的蛋白。在体外反应buffer中将我们要研究的蛋白A(被泛素化的那个蛋白)与UBE1，UbeH13-Uev 1 a heterodimer complex ，HA-ubiquitin以及我们要研究的蛋白 B(引起蛋白A泛素化的蛋白)，共同进行孵育。将孵育后的产物进行IP和WB分析。【具体实验流程附后】。这一方法可以明确引起哪个蛋白是引起某蛋白发生泛素化修饰的E3连接酶。 方法四:in vitro ubiquitin-binding assay
组蛋白甲基化检测技术的研究进展
Histone Methylation Research technology 文璐综述张纯陈燕审校 【摘要】基因组含有两类遗传信息，一类是传统意义上的遗传信息，即DNA序列所提供的遗传信息。另一类是表观遗传学信息，它提供何时、何地以何种方式去执行遗传信息的指令。组蛋白甲基化修饰是表观遗传学的重要部分，近年来其检测技术取得了迅猛发展。本文对目前使用的组蛋白甲基化检测方法进行综【关键词】表观遗传学；组蛋白甲基化；检测； 表观遗传学（epigenetics）以不涉及DNA序列变化的、可遗传的基因表达调控信息传递为主要研究内容。“组蛋白密码”是其重要部分 [1]。核心组蛋白上的共价修饰，在真核细胞的染色质结构重塑和基因表达调控方面起重要作用[2]。组蛋白甲基化作为一个关键调节因素，被认为在基因表达的抑制或者活化，以及染色体结构域中发挥了关键作用。 研究表明在细胞核内，组蛋白甲基化和去甲基化过程处于动态平衡，两过程分别由组蛋白甲基转移酶和组蛋白去甲基化酶催化[3]。由此得知，组蛋白甲基化的位点和状态与两种酶的含量及活性密不可分。 近年来，组蛋白甲基化方面的检测技术取得了迅猛发展，一些独特的新实验技术已开始运用。本文对目前用于组蛋白甲基化及其相关酶类检测技术与方法作一篇综述。 组蛋白甲基化及其相关酶 1．组蛋白甲基化是指发生在H3和H4组蛋白N端精氨酸或者赖氨酸残基上的甲基化。目前发现24个组蛋白甲基化位点。甲基化可以是单=位点、双位点或三位点 [4]，共有3×1011种组蛋白甲基化组合状态。生物体则以组蛋白密码的方式发挥着各种生物功能。真核模型系统中，组蛋白H3K4、H3K36、H3K79甲基化与可遗传转录活力相关。在K9、K27发生的赖氨酸甲基化同基因抑制相关。甲基化的H3K9被发现与异染色质蛋白质-1结合在着丝粒周围，也见于其他遗传性染色体抑制区域，与着丝粒周围染色质凝集和X染色体失活有关[2]。综上所述，组蛋白甲基化的功能主要体现在异染色质形成、基因印记、X染色质失活和转录调控方面。
组蛋白甲基化与脂肪生成
组蛋白甲基化与脂肪形成 摘要最近的研究表明，在脂肪形成过程中，很多基因的表达受到表观遗传的调控。组蛋白甲基化是一种重要的表观遗传学修饰，人们对其已经进行了深入的研究。组蛋白甲基化可以通过调控脂肪细胞分化过程中转录因子及脂肪组织特异性基因的表达，从而调控脂肪组织的形成。该文综述了脂肪形成过程中组蛋白甲基化及去甲基化表观调控的最新进展，探讨了脂肪组织组蛋白甲基化的研究趋势和未来发展方向。 关键词组蛋白甲基化；脂肪形成；基因表达；组蛋白甲基转移酶；组蛋白去甲基化酶随着经济的不断发展，肥胖已经成为全球性的公共健康问题，Ⅱ型糖尿病的发生占所有糖尿病的90%-95%，肥胖是Ⅱ型糖尿病的首要危险因素；肥胖还能增加某些类型癌症的发病风险，包括乳腺癌、肾癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌、肝癌、大肠癌、黑色素瘤等(1)；最近有研究表明肥胖可加速人类肝脏的衰老(2)。研究脂肪形成的分子机制将为治疗与糖尿病密切相关的肥胖和脂代谢障碍疾病等提供重要理论依据。组蛋白甲基化可以通过调控脂肪细胞分化过程中转录因子及脂肪组织特异性基因的表达，从而在脂肪形成过程中发挥着重要作用。 1 组蛋白甲基化 组蛋白甲基化作为一种重要的表观遗传学修饰方式，与基因转录调控、异染色质的形成、X染色体失活，基因组印记等密切相关。(3)组蛋白甲基化的异常与多种人类疾病如肿瘤的发生等相关(4)。与乙酰化不同，组蛋白甲基化对基因表达调控的作用可以完全相反，有时促进基因表达，有时却抑制基因表达，调控作用取决于甲基化的位点和甲基化的程度。如H3K4甲基化与基因激活有关，而H3K9和H3K27甲基化与基因沉默相关(3, 5)。组蛋白的甲基化修饰是由一类含有SET结构域、被称为组蛋白甲基转移酶（HMTs）的蛋白质来催化的。SET结构域由最早发现表达这三个结构域的3个基因来命名，分别为Su(var)3?9, Enhancer of zeste (E(z))和trithorax (trx)(6)。组蛋白甲基转移酶（HMTs）分为两个家族，分别是组蛋白赖氨酸甲基转移酶（HKMTs）和蛋白精氨酸甲基转移酶（Prmts）。从Suv39h1第一次被人们发现，很多HMTs相继被人们发现目前已经发现和证实有大概700 多种含SET 结构域的组蛋白甲基转移酶,其中人源的就有100多种。组蛋白的甲基化是一种可逆过程，2004年第一个组蛋白去甲基化酶（HDM）的发现(7)使人们认识到甲基化修饰是被动态调节的。根据催化反应活性中心的不同可以将现在已发现的去甲基化酶分为两个家族：LSD1和含有JmjC结构域的蛋白质。前者含有
组蛋白赖氨酸甲基化在表观遗传调控中的作用
HEREDITAS (Beijing) 2007年4月, 29(4): 387―392 ISSN 0253-9772 https://www.360docs.net/doc/59243820.html, 综 述 收稿日期: 2006-07-17; 修回日期: 2006-10-25 基金项目: 国家自然科学基金项目(编号: 30370334)资助[Supported by National Nature Sciences Foundation of China (No.30370334)] 作者简介: 杜婷婷(1982—), 女, 上海人, 医学学士, 专业方向: 生物化学与分子生物学 通讯作者: 黄秋花(1969—), 女, 上海人, 医学硕士, 专业方向: 遗传学。E-mail: qiuhua_huang@https://www.360docs.net/doc/59243820.html, DOI: 10.1360/yc-007-0387 组蛋白赖氨酸甲基化在表观遗传调控中的作用 杜婷婷, 黄秋花 上海交通大学附属瑞金医院, 上海血液学研究所, 医学基因组学国家重点实验室, 上海 200025 摘要: 组蛋白赖氨酸的甲基化在表观遗传调控中起着关键作用。组蛋白H3的K4、K9、K27、K36、K79和H4的K20均可被甲基化。组蛋白H3第9位赖氨酸的甲基化与基因的失活相关连; 组蛋白H3第4位赖氨酸和第36位赖氨酸的甲基化与基因的激活相关连; 组蛋白H3第27位赖氨酸的甲基化与同源盒基因沉默、X 染色体失活、基因印记等基因沉默现象有关; 组蛋白H3第79位赖氨酸的甲基化与防止基因失活和DNA 修复有关。与此同时, 组蛋白的去甲基化也受到更为广泛的关注。 关键词: 组蛋白赖氨酸甲基转移酶; 组蛋白赖氨酸甲基化; 组蛋白去甲基化 The roles of histone lysine methylation in epigenetic regulation DU Ting-Ting, HUANG Qiu-Hua State Key Laboratory of Medical Genomics , Shanghai Institute of Hematology , Rui-Jin Hospital , Shanghai Jiao Tong University , Shanghai 200025, China . Abstract : Histone lysine methylation plays a key role in epigenetic regulation.There are five lysines within histone H3(K4, K9, K27, K36, K79). Besides, one lysine within histone H4(K20) has been shown to be methylated by specific histone lysine methyltransferase. Methylation at H3-K9 is associated with transcriptional repression, while methylation at H3-K4 andH3-K36 is associated with transcriptional activation. The methylation of histone H3-K27 was proved to be linked to several silencing phenomena including homeotic-gene silencing, X inactivation and genomic imprinting. H3-K79 methylation plays a role in DNA repair and transcriptional activation, and the extent and biological significance of histone demethylation will surely attract great attention Keywords: histone lysine methyltransferases; histone lysine methylation; histone demethylation 通过组蛋白氨基末端残基的翻译后修饰对染色体结构和基因转录进行调控, 是目前表观遗传学(Epigenetics)研究领域的重要部分。这些修饰主要包括磷酸化、甲基化、乙酰化、泛素化及ADP 核糖基化。这些修饰通过影响组蛋白-DNA 和组蛋白-组蛋白的相互作用而改变染色质的结构。单一组蛋白的修饰往往不能独立地发挥作用, 一种修饰的存在可以指导或抑制同一组蛋白上另一修饰的存在, 形成一个修饰的级联。这些修饰可作为一种标志或语言, 也被称为“组蛋白密码”[1], 组蛋白密码大大丰富了传统遗传密码的信息含量。在5种组蛋白修饰中, 最早被了解的是组蛋白乙酰化修饰, 也是研究得最清楚的一种。稍后对组蛋白甲基化修饰进行研究, 发展迅速, 最新进展表明, 组蛋白甲基化修饰在基因活性的调节中扮演着重要的角色。如组蛋白赖氨酸的甲基化在许多生物学过程包括异染色质的形成、X 染色体的失活、转录调控等过程中起到了重要的作用, 组蛋白甲基化的紊乱可能导致癌变的发生。
泛素化蛋白检测方法
泛素化蛋白检测方法 ●蛋白质泛素化简介 蛋白质泛素化修饰过程在人体免疫系统调节过程中起到了关键性的作用。与磷酸化修饰过程一样，泛素化修饰过程也是一种可逆的共价修饰过程，它能够调节被修饰蛋白的稳定性、功能活性状态以及细胞内定位等情况。 泛素蛋白是一个由76个氨基酸残基组成的非常保守的多肽，它能在E1、E2、E3酶等一系列酶促反应催化下与细胞内靶蛋白上的一个或多个赖氨酸残基发生共价连接。泛素蛋白本身也含有7个赖氨酸残基，因此它们之间也可以通过这些位点互相连接，形成多泛素蛋白链（polyubiquitin chain）。目前研究显示，如果多泛素蛋白链与被修饰蛋白上的第48位赖氨酸残基相连，会介导靶蛋白进入蛋白酶体而被降解；如果与被修饰蛋白上其它位点，比如第63位赖氨酸残基相连，则靶蛋白可以发挥信号通路功能而不会被降解。 与磷酸化修饰途径一样，泛素化修饰途径也是可逆的，即可以通过去泛素化酶（DUB）将泛素蛋白修饰物去除掉。靶蛋白经泛素化途径修饰之后，连接在靶蛋白上的泛素蛋白单体或多聚体可以被各种泛素蛋白结合结构域（UBD）所识别和结合。人类蛋白质组中含有两种E1酶、50种E2酶、600种E3酶、90种DUB酶和20种UBD，这说明泛素修饰途径在细胞调控中起到了多么重要的作用。E3酶是泛素修饰途径中决定底物特异性的关键酶，它可以分为两大类，即含有HECT结构域的E3酶和其它含有RING结构域或RING样结构域（比如U-box或PHD结构域）的E3酶。这两种E3酶都在免疫调控过程中起到了关键性的作用。 ●蛋白质泛素化的检测方法 研究蛋白质的泛素化首先需要明确的三个基本点：哪些蛋白发生了泛素化；发生了泛素化的蛋白质，具体是哪个位点的赖氨酸残基发生了泛素化；进行定量。 明确了上述几点后，进一步需要弄清楚的是，我们感兴趣的泛素化蛋白，是如何发生泛素化的，影响这一泛素化过程的关键分子是什么？或者说这一过程中的E3酶是什么？
组蛋白翻译后修饰的类型
组蛋白翻译后修饰的类型 组蛋白和组蛋白翻译后修饰通过影响染色质的结构来调控基因的表达，目前已成为表观遗传学研究的焦点之一。 染色质是一系列核小体相互连接成的念珠状结构。核小体的核心是由组蛋白H2A 、H2B、H3 、H4各两个分子构成的八聚体, 在八聚体的表面缠绕有圈的双螺旋DNA。相邻的两个核小体之间由DNA连接, 称为纤丝(fiber), 在纤丝部位结合有组蛋白分子H1。在组蛋白H1存在时,核小体之间紧密接触,形成直径为10nm的纤维状结构。这就是染色体构型变化的一级结构。在染色质中, DNA 和组蛋白是染色质的稳定成分,组蛋白与DNA的含量之比接近 1∶1 。组蛋白是染色质的主要蛋白质成分,通过带正电荷的氨基末端区域与带负电荷的DNA骨架相互作用, 对基因的表达有重要调控作用。 染色体活性调控的一个重要的机制是组蛋白的可逆共价修饰，通常容易发生在组蛋白 H3和H4的N端尾部，组蛋白H2A和H2B的N和C末端，包括甲基化，乙酰化，磷酸化，ADP-核糖基化，泛素化和小分子类泛素化修饰，这些翻译后修饰可改变组蛋白与DNA之间的相互作用，影响调控复合物与染色质结合的能力及染色质重塑，进而影响着细胞的多种功能。 ⒈甲基化 组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶（histonemethyltransferase，HMT）完成的。甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上，而且赖氨酸残基能够发生单、双、三甲基化，而精氨酸残基能够单、双甲基化，这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。甲基化的作用位点在赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）的侧链N原子上。组蛋白H3的第4、9、27和36位，H4的第20位Lys，H3的第2、l7、26位及H4的第3位Arg都是甲基化的常见位点。研究表明·，组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记，精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。相反，赖氨酸甲基化似乎是基因表达调控中一种较为稳定的标记。例如，H3第4位的赖氨酸残基甲基化与基因激活相关，而第9位和第27位赖氨酸甲基化与基因沉默相关。此外，H4—K20的甲基化与基因沉默相关，H3—K36和H3—K79的甲基化与基因激活有关。但应当注意的是，甲基化个数与基因沉默和激活的程度相关。 ⒉乙酰化 组蛋白乙酰化主要发生在H3、H4的N端比较保守的赖氨酸位置上，是由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶协调进行。组蛋白乙酰化呈多样性，核小体上有多个位点可提供乙酰化位点，但特定基因部位的组蛋白乙酰化和去乙酰化是以一种非随机的、位置特异的方式进行。乙酰化可能通过对组蛋白电荷以及相互作用蛋白的影响，来调节基因转录。早期对染色质及其特征性组分进行归类划分时就有人总结指出：异染色质结构域组蛋白呈低乙酰化，常染色质结构域组蛋白呈高乙酰化。最近有研究发现，某些HAT复合物含有一些常见的转录因子，某些HDAC复合物含有已被证实的阻遏蛋白。这些发现支持了高乙酰化与激活基因表达、低乙酰化与抑制基因表达有关的看法。 3.磷酸化 组蛋白H3在有丝分裂过程中，两个丝氨酸残基Ser10和Ser28发生了磷酸化作用。Ser10磷酸化组蛋白H3首先出现在G2晚期的核周缘，Ser28磷酸化组蛋白H3紧随其后出现，两个位点的磷酸化在中期到达高峰，并扩展到染色体的所有部分。当细胞有丝分裂进入后期和末期，组蛋白H3Ser28的磷酸化逐渐消退，而组蛋白H3Ser10磷酸化的荧光信号也逐渐从染色体上消失，此时在纺锤体中央部位出现Ser10磷酸化H3.研究结果表明，组蛋白H3Ser10和Ser28的磷酸化与细胞有丝分裂染色体的凝集和解凝集过程有着时间和空间上的相关性。Ser10和Ser28这两个位点发生磷酸化作用，可使组蛋白H3氨基末端的正电荷数降低，改变了组蛋白一DNA间的相互作用，这可能是导致染色质变构凝集的原因之一。根据激光共聚