前幾天忙著MSKCC的面試，好不容易拿了一個非常滿意的offer了，新的實驗室主要是histone modification方向。但是這個方向我從來沒有深入的了解過，所以要惡補起來了~~就從最基本的開始吧：histone的翻譯后修飾的writers, readers和erasers。
PTM:
post-translational modifications
writing:
acetyltransferases
methyltransferases
Erasing:
deacetylases
demethylases
Reading:
acetyl readers
methyl readers
下面兩張圖是H2A, H2B, H3和H4的不同位點上的不同修飾的圖譜，摘自cellsignal網(wǎng)站：
Epigenetic Writers
組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(histone methyltransferases)就是這類表觀遺傳“Writers”之一，根據(jù)其靶標(biāo)的residue的不同，又進一步細(xì)分為賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(lysine methyltransferases)和精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(arginine methyltransferases)。蛋白質(zhì)賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(Protein lysine methyltransferases)，也被稱為PKMTs，催化一個甲基從輔因子s -腺苷蛋氨酸(SAM)轉(zhuǎn)移到暴露的組蛋白尾部的賴氨酸側(cè)鏈上。組蛋白賴氨酸甲基化可將一個、兩個或三個甲基基團轉(zhuǎn)移到組蛋白尾部。甲基化程度具有生物學(xué)意義，因為與甲基化組蛋白相互作用的蛋白質(zhì)能夠區(qū)分單甲基化賴氨酸、雙甲基化賴氨酸和三甲基化賴氨酸。在蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(PRMTs)催化的反應(yīng)中，組蛋白精氨酸殘基也可能發(fā)生甲基化。PRMTs產(chǎn)生單甲基化或雙甲基化的精氨酸殘基，雙甲基化可以對稱發(fā)生或不對稱發(fā)生。甲基添加到精氨酸殘基的對稱性決定了表觀遺傳修飾的生物學(xué)效應(yīng)：非對稱雙甲基化與基因激活有關(guān)，而對稱雙甲基化與基因抑制有關(guān)。
除了甲基標(biāo)記外，組蛋白賴氨酸殘基還可以通過組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)的活性進行乙?；Ｒ阴；鶑妮o助因子乙酰輔酶a（acetyl-CoA）轉(zhuǎn)移到組蛋白尾部賴氨酸殘基上，中和賴氨酸的正電荷，這削弱了組蛋白尾部對DNA的親和力，減少了染色質(zhì)的凝聚。由于更寬松、開放的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠招募轉(zhuǎn)錄因子和聚合酶，組蛋白乙?；纱龠M基因表達(dá)。
催化組蛋白尾部磷酸化的酶也是重要的表觀遺傳“writers”。例如，JAK2磷酸化組蛋白H3 (H3Y41)會破壞異染色質(zhì)蛋白HP1α與染色質(zhì)的結(jié)合，導(dǎo)致致癌基因lmo2的DNA可接近性和轉(zhuǎn)錄增加。其他激酶包括Haspin、Pim-1、PKC和ATM/ATR激酶也涉及組蛋白的磷酸化和隨后的基因表達(dá)修飾。
另一個改變基因表達(dá)的表觀遺傳標(biāo)記是泛素化。組蛋白H2A和H2B上的賴氨酸殘基可以通過E2泛素結(jié)合酶和E3泛素連接酶的協(xié)同作用進行單泛素化。組蛋白H2A泛素通過參與抑制復(fù)合體，包括Polycomb抑制復(fù)合體1 (PRC1)，與基因沉默相關(guān)。相反，histone H2B泛素化被認(rèn)為是RNA聚合酶活性的檢查點，為Ctk1招募到RNA聚合酶II的轉(zhuǎn)錄早期延伸提供了一種停滯機制，并與基因沉默和基因轉(zhuǎn)錄有關(guān)。進一步的區(qū)別是，組蛋白H2B是組蛋白H3賴氨酸-9 (H3K9)雙甲基化和三甲基化的先決條件，而H2A泛素化抑制了組蛋白賴氨酸甲基化。
DNA也可以通過不同的機制進行甲基化。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)將甲基加到核苷酸上，發(fā)生在DNA雙螺旋的主“溝”處，并通過阻斷轉(zhuǎn)錄因子和聚合酶的結(jié)合來阻止轉(zhuǎn)錄。DNA甲基化主要涉及胚胎發(fā)育、基因組印記和染色體穩(wěn)定性的保留。已知有兩種類型的DNA甲基化-從頭（de novo）甲基化和維持甲基化。De novo甲基化主要由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT3A和DNMT3B進行，催化甲基基團加到胞嘧啶核苷酸上。由于細(xì)胞復(fù)制不能保留這種甲基化，維持甲基化將這些標(biāo)記從母體DNA復(fù)制到子DNA鏈上。DNMT1在體外對半甲基化DNA的高親和力表明，該酶在體內(nèi)主要負(fù)責(zé)維持DNA甲基化。
Epigenetic Readers
readers結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)通常提供一個腔或表面溝槽，其中容納特定的表觀遺傳標(biāo)記。reader結(jié)構(gòu)域和修飾氨基酸的側(cè)翼序列之間的相互作用也允許包含reader結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)區(qū)分類似的表觀遺傳標(biāo)記，例如組蛋白賴氨酸單甲基化、雙甲基化和三甲基化。
包含readers結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)可以廣泛地分為四類：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白，染色質(zhì)重塑酶，染色質(zhì)修飾蛋白，以及參與基因表達(dá)的其他機制的接頭蛋白。第一類是染色質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白，與核小體結(jié)合，可以直接誘導(dǎo)染色質(zhì)壓縮，也可以作為一個屏障來阻止RNA轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)的結(jié)合。
與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白相比，染色質(zhì)重塑酶促進了更開放的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)易接近性的增加有助于DNA轉(zhuǎn)錄。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變是由ATP水解的能量驅(qū)動的。其中一個例子是酵母染色質(zhì)重塑酶復(fù)合物，RSC，在其Rsc4亞基中包含串聯(lián)溴域，它將復(fù)合物招募到組蛋白H3 (H3K14)上的乙酰化賴氨酸殘基上。RSC參與了許多細(xì)胞過程，包括核小體重塑，其結(jié)果是促進RNA聚合酶II招募到潛在的DNA，促進基因轉(zhuǎn)錄。
除了染色質(zhì)重塑酶和結(jié)構(gòu)蛋白外，許多其他含有讀區(qū)的蛋白不能直接影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，而是用來招募二級染色質(zhì)modifiers來進一步修飾染色質(zhì)或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)有的染色質(zhì)修飾。輔抑制因子復(fù)合體Sin3S通過Sin3串聯(lián)溴域被招募到甲基化組蛋白賴氨酸殘基。由于組蛋白去乙酰酶HDAC1、HDAC2和HDAC3也在Sin3S復(fù)合物中被發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合物的招募促使了二級組蛋白修飾:組蛋白去乙?；?。
最后一類含有reader結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)是接頭蛋白。這些結(jié)構(gòu)域的主要功能是招募與DNA代謝過程相關(guān)的因子，包括轉(zhuǎn)錄、DNA損傷修復(fù)、DNA重組、DNA復(fù)制和RNA處理。MDC1的BRCT結(jié)構(gòu)域-（DNA損傷反應(yīng)的關(guān)鍵中介）與組蛋白H2AX上的磷酸化絲氨酸殘基的相互作用作為一個接頭，將組蛋白泛素連接酶RNF8招募到雙鏈斷裂側(cè)邊染色質(zhì)上。隨后的組蛋白泛素化本身會激活修復(fù)機制，包括腫瘤蛋白p53結(jié)合蛋白1 (TP53BP1)。
Epigenetic Erasers
組蛋白乙酰化是一種重要的翻譯后修飾，無論是對組蛋白還是非組蛋白，都對磷酸化調(diào)控細(xì)胞過程有很大的影響。在表觀遺傳學(xué)中，組蛋白乙?；墙档腿旧|(zhì)凝聚從而促進基因轉(zhuǎn)錄的一種完整機制，但同樣重要的機制是通過組蛋白去乙酰化酶(HDACs)的作用去除乙?；DACs可分為I組和II組。第I類，進一步分為classes I, II 和 IV，含有鋅依賴的酰胺水解酶。而第II類酶，也被稱為III類或SIRTs，依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)作為輔助因子。
組蛋白磷酸酶可以靶向組蛋白上磷酸化的絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸殘基。絲氨酸/蘇氨酸磷酸酶PP1、PP2A和PP4等已被報道能使組蛋白去磷酸化。例如，PP2A的催化亞基與磷酸化的H2AX共域，H2AX是組蛋白H2A的磷酸化序列變體，在DNA雙鏈斷裂側(cè)的染色質(zhì)區(qū)域內(nèi)迅速濃縮。磷酸化的H2AX作為DNA修復(fù)蛋白的?？课稽c（docking site），一旦雙鏈斷裂重新連接，就從染色質(zhì)中釋放出來，這種機制被認(rèn)為與PP2A有關(guān)。
從組蛋白賴氨酸殘基中去除泛素基團是由去泛素化酶(DUBs)催化的。這些蛋白可進一步分為泛素特異性蛋白酶(USPs)和Jab1/MPN結(jié)構(gòu)域相關(guān)金屬異肽酶(JAMM)結(jié)構(gòu)域蛋白。USP和JAMM家族成員都已被證明靶向組蛋白H2A和H2B，它們調(diào)控轉(zhuǎn)錄、DNA修復(fù)、基因表達(dá)和細(xì)胞周期進展。與其他組蛋白修飾相比，人們對組蛋白泛素的功能了解較少，但越來越多的證據(jù)表明，這種表觀遺傳修飾在DNA損傷反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。
第一個被發(fā)現(xiàn)的組蛋白去甲基化酶是賴氨酸特異性去甲基化酶1 (LSD1)，也稱為KDM1。LSD1包含一個氨基酸氧化酶結(jié)構(gòu)域，它與輔助因子黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)結(jié)合，對去甲基化至關(guān)重要。另外一個賴氨酸去甲基化酶家族也被鑒定出來，稱為Jumonji C結(jié)構(gòu)域去甲基化酶(JMJD)。去甲基化酶不需要FAD作為輔助因子，而是依賴于Fe2+/2- oxogarate (2-OG)催化。迄今為止，只有一種酶具有精氨酸去甲基酶活性，即JMJD6，它是一種依賴于2- og的JmjC去甲基酶。
與從組蛋白中移除表觀遺傳標(biāo)記的明確機制相反，甲基從核苷酸中移除的機制仍然不清楚。然而，已知的是，DNA去甲基化既可以主動發(fā)生，也可以被動發(fā)生。被動DNA去甲基化是指在有絲分裂期間維持DNMTs無法使新合成的DNA鏈甲基化，而催化活性DNA去甲基化發(fā)生的分子機制尚未被闡明。由于DNA去甲基化在生殖細(xì)胞的表觀遺傳重編程等過程中至關(guān)重要，進一步研究活性DNA去甲基化的機制可能在干細(xì)胞研究中找到新的靶點。
參考：
