表觀遺傳組蛋白修飾途徑

日期：2024-01-29 14:43:00

已經開展了與組蛋白修飾途徑和惡性腫瘤、癌變、細胞轉化、腫瘤、癌癥有關的疾病和紊亂研究。組蛋白修飾途徑的研究涉及甲基化、DNA 甲基化、組蛋白乙酰化、染色質重塑和組蛋白甲基化。

組蛋白修飾和 DNA 甲基化是影響基因表達模式的表觀遺傳標記。如圖 1 所示，染色體 DNA 被組蛋白包裹，形成核小體。組蛋白可通過大量的翻譯后修飾（PTMs）進行修飾，尤其是在組蛋白尾部，這些修飾可發出信號并導致特定的基因表達或抑制模式。某些組蛋白修飾與 DNA 甲基化之間可能存在相互作用，從而進一步控制和調節基因表達。

圖1. 組蛋白修飾與DNA甲基化之間的相互作用

組蛋白有 5 個家族（H1-H5），分為兩組：核心組蛋白（H2A、H2B、H3 和 H4）和連接組蛋白（H1 和 H5）。前面提到的翻譯后修飾（PTM）包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化。這些修飾具有調節核小體結構和穩定性以及染色質結合蛋白招募的功能。在此，我們總結了兩種組蛋白修飾相互作用途徑，即H2A、H2B和H4相互作用途徑和H3相互作用途徑。

1. H2A、H2B 和 H4 交互途徑

一般來說，根據功能的不同，在組蛋白修飾并與組蛋白相互作用以影響染色質結構和轉錄的過程中，有三種類型的酶，涉及寫入器、閱讀器和擦除器。寫入者是增加 PTM 的酶，而擦除者是去除 PTM 的酶。閱讀蛋白與 PTMs 結合，起到調節染色質結構變化和基因表達的作用。

本互動路徑討論了組蛋白 H2A、H2B 和組蛋白 H4 的寫入器和擦除器，以及它們修飾的氨基酸殘基。如圖 2 所示，組蛋白乙酰轉移酶（HATs）是對賴氨酸殘基進行乙酰化的寫入器，包括組蛋白 H2A Lys5、H2B Lys5、12、15、20 和 H4 Lys5、8、12、16。相反，這些殘基的去乙酰化是由被稱為組蛋白去乙酰化酶（HDAC）的清除劑完成的。賴氨酸殘基的乙酰化使染色質可被轉錄因子利用，并能顯著提高基因表達。

然后，組蛋白賴氨酸甲基轉移酶（KMTs）是將甲基添加到賴氨酸殘基上的寫入器，這些甲基可被稱為組蛋白賴氨酸去甲基化酶（KDMs）的清除器清除。賴氨酸可以是單甲基化、二甲基化或三甲基化，從而形成每個甲基化位點的功能多樣性。

此外，多種激酶和磷酸酶可分別對組蛋白上的絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸殘基進行磷酸化和去磷酸化。組蛋白磷酸化最著名的功能發生在細胞對 DNA 損傷的反應過程中，磷酸化的組蛋白 H2A（X）會在 DNA 斷裂部位周圍劃分出大的染色質結構域。

最后，組蛋白泛素化是指76個氨基酸的泛素小分子與賴氨酸殘基連接在一起，這三種專門的酶被稱為E1激活酶、E2結合酶和E3連接酶。如果您想了解有關組蛋白修飾的更多信息或相關抗體產品，可點擊題為 "四種常見的組蛋白修飾 "的文章。

圖2. 組蛋白H2A、H2B和H4的書寫者和擦除者互動途徑

2. H3交互途徑

組蛋白H3是真核細胞中參與染色質結構的五種主要組蛋白之一，在染色質結構和基因表達調控中起著至關重要的作用。與其他四種組蛋白相比，組蛋白 H3 的修飾只涉及乙酰化、甲基化和磷酸化。如圖 2 所示，這些 PTM 可發生在組蛋白 H3 的不同殘基上，并調控涉及核組織、染色質結構和染色質結合蛋白（又稱閱讀蛋白）招募的各種過程。