圖解表觀遺傳學 | 組蛋白修飾

2021-01-16 生信菜鳥團

在了解組蛋白修飾前,先複習一下幼兒園學過的組蛋白結構。

我們都知道在細胞核中的染色體是高度壓縮的,而摺疊時DNA纏繞的就是組蛋白。

將組蛋白區域放大,我們就會看到這樣一串念珠,組蛋白被一根DNA序列串起來。

為了方便研究,我們將一個組蛋白和其附近 147bp DNA片段,叫一個核小體。

核小體 = 組蛋白 + DNA(147bp)


把組蛋白拆開來,它其實有八個部分來構成:

組蛋白八聚體 = 2個H2B + 2個H2A + 2個H3 + 2個H4

下面是檢測到的組蛋白三維結構示意圖,

細心的你們一定會發現在每種組蛋白結構都會伸出來一小段「線頭」,這是蛋白質的N端,也叫尾巴(tail)。

事實上,每個組蛋白結構都會延伸出這個「尾巴」:

我們今天的主角,組蛋白修飾就是在這個尾巴上進行的。

組蛋白修飾是一種以共價方式進行的蛋白質翻譯後修飾(PTM),包括:甲基化(M),磷酸化(P),乙醯化(A)等等。

由於組蛋白修飾的類型眾多,所以我們需要在稱呼組蛋白修飾時,有一個規則:

組蛋白結構 + 胺基酸名稱 + 胺基酸位置 + 修飾類型

在實際的應用中,我們一般這樣寫:

這些修飾都會影響基因的轉錄活性。而組蛋白H3是修飾最多的組蛋白。下面我們來詳細看看:

甲基化取決於其位置和狀態,與抑制或激活有關。

組蛋白甲基化的位點是賴氨酸和精氨酸。

賴氨酸可以分別被一、二、三甲基化,精氨酸只能被一、二甲基化。

研究表明,組蛋白精氨酸甲基化是一種相對動態的標記,精氨酸甲基化與基因激活相關。

相反,賴氨酸甲基化似乎是基因表達調控中一種較為穩定的標記。

例如,

這些組蛋白修飾也可以共同作用來完成調控,比如,H3K9ac也與H3K14ac和H3K4me3高度共存共同作為活性基因啟動子的標誌。

組蛋白甲基化和乙醯化主要發生在它們的N-末端尾部並且可以影響基因的轉錄。

組蛋白乙醯化主要與基因激活有關,組蛋白乙醯化主要發生在H3、H4的N端比較保守的賴氨酸位置上,是由組蛋白乙醯轉移酶和組蛋白去乙醯化酶協調進行。

特定基因區域的組蛋白乙醯化和去乙醯化是以一種非隨機的、位置特異的方式進行。

乙醯化可能通過對組蛋白電荷以及相互作用蛋白的影響,來調節基因轉錄。

總結下,目前學到的組蛋白修飾及其作用:

這些組蛋白修飾也可以共同作用來完成調控,比如,H3K9ac也與H3K14ac和H3K4me3高度共存共同作為活性基因啟動子的標誌。

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