组蛋白的泛素化与去泛素化
调控蛋白质自身泛素化和去泛素化的酶系统机体应答的分子机制研究
调控蛋白质自身泛素化和去泛素化的酶系统机体应答的分子机制研究泛素（Ubiquitin）是一种小分子蛋白质，其主要的生物功能是对蛋白质进行降解或者递交给信号途径参与调控细胞的许多重要过程，如细胞周期、DNA修复、内外分泌等。
泛素附着在废物蛋白上并将其送往蛋白酶体消化，这个系统被称之为泛素-蛋白酶体降解通路（Ubiquitin-Proteasome System，UPS）。
蛋白质去泛素化也是非常重要的生物过程，通常可以将去泛素化（Deubiquitination，DUB）和去泛素链水解（Deubiquitinase，DUB）视为同义词。
蛋白质泛素化和去泛素化的平衡状态对于多种生物学过程的正常进行非常重要。
然而，泛素化和去泛素化的酶的活性和表达受到多种生理和病理条件的调节。
因此，对蛋白质泛素化和去泛素化酶系统的研究一直是生物学研究的热点之一。
泛素化和去泛素化酶的调控方式非常独特和复杂。
近年来，许多调控蛋白质泛素化和去泛素化酶的因素和机制被发现，并不断解码。
其中，下面几大类的机制起着重要作用：1.泛素化和去泛素化酶的调控通过翻译后修饰通常在泛素化和去泛素化酶的翻译后，会出现翻译后修饰，如磷酸化、泛素化等，这些修饰会影响酶的活性和稳定性。
例如，磷酸化和泛素化对DUB USP7的稳定性和活性有直接的影响。
此外，同样的修饰也会对E3泛素连接酶和E2泛素转移酶产生影响，例如，磷酸化、泛素化和泛素受体的修饰可以影响E3的酶联活性，从而影响泛素连接的程度。
而磷酸化和其他修饰可以对E2的转移活性产生影响。
2.泛素连接酶的调控通过其他蛋白质除了翻译后修饰，泛素连接酶的活性也可以通过其他蛋白质的调控实现。
许多泛素连接酶在进行泛素化前需要分子伴侣的参与，这些伴侣可以影响泛素转移的速率和特异性。
例如，白血病相关的因子（LRF）可以通过与E2结合，在泛素化到目标蛋白之前，起到调控E3泛素化催化速率的作用。
3.去泛素化酶的调控与泛素连接酶不同，许多去泛素化酶的活性必须通过辅助蛋白质来实现。
染色质修饰及其作用机理
染色质修饰及其作用机理染色质修饰是指在染色质上发生的一系列化学修饰，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等，这些修饰可以调节基因表达水平和基因功能。
通过改变染色质结构和组织，染色质修饰影响细胞发育、生理过程和疾病的发生发展。
以下是染色质修饰的几种常见形式及其作用机理。
1.DNA甲基化：DNA甲基化是最常见的染色质修饰形式之一、它是指DNA链上的碱基鸟嘌呤(A)或胞嘧啶(C)与甲基化剂(SAM)结合，在嘌呤或胞嘧啶的C5位上加上一个甲基基团。
DNA甲基化在真核生物中通常发生在CpG二核苷酸频繁富集的区域。
DNA甲基化对基因表达的调控主要通过两种方式实现：一是直接抑制转录因子与DNA的结合，减少基因的转录活性；二是通过与甲基化相关的蛋白质结合，引起染色质结构的变化，导致DNA区域变为紧密结合状态，抑制基因的表达。
2.组蛋白修饰：组蛋白修饰包括组蛋白乙酰化、组蛋白甲基化、组蛋白泛素化、组蛋白乙醇酰化等。
这些修饰通常发生在组蛋白蛋白质尾部的九个高度保守位点上。
组蛋白修饰通过改变染色质的结构和紧密度，来调控染色质的可及性和转录激活。
例如，组蛋白乙酰化会使染色质松弛，使得DNA更易于转录因子与启动子结合，从而促进基因的转录。
而组蛋白泛素化则可以标记出底物蛋白质，将其送入降解通路，达到转录抑制的效果。
3. 非编码RNA：非编码RNA(Non-Coding RNA, ncRNA)是指与mRNA不同，无编码蛋白质的功能，但在调控基因表达过程中发挥重要作用的RNA。
ncRNA分为微小RNA(miRNA)和长非编码RNA(lncRNA)。
miRNA主要通过与靶基因mRNA的3'UTR区域结合，引起mRNA的降解或抑制翻译，从而调控基因表达。
lncRNA与miRNA或蛋白质结合，形成复合体，通过影响DNA甲基化、组蛋白修饰以及染色质三维结构的变化，来调节基因表达。
总之，染色质修饰的作用机理是通过改变DNA与组蛋白的亲和力、DNA的可读性和核蛋白的互作来调控基因的表达。
去泛素化
[分享]讲座教授朱健康《Nature》文章解析表观遗传学[复制链接]bbiooAdministrator积分17006秀蛋白3487 个秀基因7845 个帖子367楼主发表于 2009-8-26 08:21 |只看该作者|倒序浏览|打印摘要：来自美国加州大学河滨分校植物科学系，植物分子生物学中心，普渡大学园艺及园林系的研究人员发现了组蛋白H2B去泛素化（deubiquitination）在表观遗传DNA甲基化和异染色质沉默方面的调控作用，在DNA甲基化修饰与泛素化之间建立了新联系，也为DNA甲基化修饰研究提出了新观点，这一研究成果公布在6月7日《Nature》上。
生物通报道：来自美国加州大学河滨分校植物科学系，植物分子生物学中心，普渡大学园艺及园林系的研究人员发现了组蛋白H2B去泛素化（deubiquitination）在表观遗传DNA甲基化和异染色质沉默方面的调控作用，在DNA甲基化修饰与泛素化之间建立了新联系，也为DNA甲基化修饰研究提出了新观点，这一研究成果公布在6月7日《Nature》上。
这一文章的通讯作者是加州大学河滨分校的朱健康教授，其早年毕业于中国农业大学，现任加州大学河滨分校教授，整合基因研究所所长，2005年被聘为中国农业大学长江学者讲座教授。
原文检索:Nature 447, 735-738 (7 June 2007) |doi:10.1038/nature05864; Received 23 February 2007;Accepted 24 April 2007Control of DNA methylation and heterochromatic silencingby histone H2B deubiquitination[Abstract]在基因组中除了DNA和RNA序列以外，还有许多调控基因的信息，它们虽然本身不改变基因的序列，但是可以通过基因修饰，蛋白质与蛋白质、DNA和其它分子的相互作用，而影响和调节遗传的基因的功能和特性，并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传，这就是表观遗传学（epigenetics）。
科研新视角，蛋白翻译后修饰（PTM）之泛素化
科研新视⾓，蛋⽩翻译后修饰（PTM）之泛素化欲知蛋⽩泛素化的秘密，且听⽼谈娓娓道来。
蛋⽩作为⽣命功能的主要的执⾏物质，其功能研究⼀直备受青睐。
⽽蛋⽩之所以神通⼴⼤，翻译后修饰（post-translational modification，PTM）居功⾄伟。
这是因为蛋⽩的个别氨基酸残基被共价修饰后，其理化性质、构象等也随之改变，可显著影响蛋⽩的功能。
⽬前已知的PTM多达数百种，⽽⼏乎所有的蛋⽩质均可发⽣PTM，且同⼀个蛋⽩质还可同时具有多种PTM，如此不仅能指数级地扩增了蛋⽩质的种类，更是赋予了⼈类⽣命过程更多的复杂性。
PTM作为⼀种⽣物功能的调控机制，其重要性不亚于转录和蛋⽩表达调控，因⽽近年来关于翻译后修饰的研究也逐渐呈现出井喷之势。
⽬前针对PTM功能的认识，主要集中在磷酸化、泛素化、⼄酰化、糖基化等少数常规性修饰，⽽《⼆⼗四型》课程也将针对PTM开设⼀系列课程进⾏细致的讲解，本期课程则主要聚焦于蛋⽩泛素化。
1、泛素化的关键组分⼀般蛋⽩泛素化后，会被泛素-蛋⽩酶体系统（UPS）识别并降解，是下调蛋⽩表达的主要机制。
在UPS系统中，泛素是⼀个普遍存在于真核细胞内的由76个氨基酸组成的⼩肽（8.5 kDa）。
该肽序列⾼度保守，且含有7个赖氨酸位点(K6、K11、K27、K29、 K33、 K48和K63)和1个位于C端的⽢氨酸(Gly)位点以及位于N端的甲硫氨酸(Met1)位点。
依据靶蛋⽩泛素链上的泛素分⼦是否通过同⼀个氨基酸残基彼此相连，可将其分为同型或异型泛素化修饰（如图1A和图1B）。
此外，泛素⾃⾝也能被翻译后修饰，如磷酸化或⼄酰化修饰等，可使得泛素化过程变得更为复杂，如图1C。
图1：A，同型的多聚泛素化修饰；B，异型的多聚泛素化修饰；C，泛素的⼄酰化和磷酸化⽽泛素化过程通常需要3种泛素化酶的协同作⽤：泛素激活酶 E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3。
其中，E1是起始泛素化反应的酶，可在ATP的作⽤下，将两个泛素分⼦C端⽢氨酸的羧基以⾼能的硫羟酸酯键连接到E1⾃⾝的活性半胱氨酸的巯基侧链上。
组蛋白的主要修饰类型
组蛋白的主要修饰类型组蛋白是一种存在于细胞核中的蛋白质，具有调控基因表达和维持染色体结构的重要功能。
组蛋白的修饰是指对其进行化学修饰，通过改变组蛋白的结构和功能，从而影响染色体的结构和基因的表达。
组蛋白的主要修饰类型包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等。
本文将分别介绍这些主要修饰类型及其在基因表达调控中的作用。
一、甲基化甲基化是指在组蛋白上添加甲基基团。
甲基化通常发生在组蛋白N 端的赖氨酸残基上，也可以发生在其他氨基酸残基上。
甲基化可以通过甲基转移酶催化完成。
甲基化可以影响染色体的结构和基因的表达。
在某些情况下，甲基化可以抑制基因的转录，从而起到基因沉默的作用；在另一些情况下，甲基化可以促进基因的转录，起到激活基因的作用。
二、乙酰化乙酰化是指在组蛋白上添加乙酰基团。
乙酰化通常发生在组蛋白的赖氨酸残基上，通过组蛋白乙酰转移酶催化完成。
乙酰化可以改变组蛋白的电荷性质，从而影响其与DNA的结合能力，进而影响基因的转录激活。
此外，乙酰化还可以增加组蛋白的稳定性，促进染色质的松弛，从而有利于基因的转录。
三、磷酸化磷酸化是指在组蛋白上添加磷酸基团。
磷酸化通常发生在组蛋白的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基上，通过激酶催化完成。
磷酸化可以改变组蛋白的结构和功能，从而影响染色体的结构和基因的表达。
在某些情况下，磷酸化可以促进染色质的松弛，增加基因的转录活性；在另一些情况下，磷酸化可以抑制基因的转录。
四、泛素化泛素化是指在组蛋白上添加泛素基团。
泛素化通常发生在组蛋白的赖氨酸残基上，通过泛素连接酶催化完成。
泛素化可以标记组蛋白，促使其被降解或参与细胞过程。
泛素化还可以影响组蛋白的相互作用和结构，从而影响染色体的结构和基因的表达。
组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化是其主要的修饰类型。
这些修饰可以改变组蛋白的结构和功能，从而影响染色体的结构和基因的表达。
通过对这些修饰的研究，可以更好地理解基因表达调控的机制，并为相关疾病的治疗提供新的思路和方法。
泛素化_去泛素化系统的生物化学和生物学功能_李杨
促瘤形成等课题还有待深入研究。
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治疗的靶点。肿瘤干细胞的基因表达谱也将成为 各种肿瘤的特异性标志。如何能够选择性地杀伤 肿瘤干细胞， 但同时不会抑制正常干细胞而发生
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表观遗传学修饰—组蛋白修饰
表观遗传学修饰—组蛋白修饰（1.生物工程学院，天津300457；）摘要：表观遗传学对于生物性状的传递有重要的意义，而组蛋白修饰对于基因的转录、表达有极其重要的影响，比如甲基化、乙酰化、磷酸化等，这些组蛋白的修饰都对基因的表达有着不同的调控机制，本文间介了组蛋白修饰的几种类型及其机制，以及组蛋白修饰与肿瘤的关系。
关键词：表观遗传学；组蛋白修饰；甲基化；中图分类号：文献标志码：文章编号：1672-6510（0000）00-0000-00表换遗传学又称“拟遗传学”、“表遗传学”、“外遗传学”以及“后遗传学”，研究在没有细胞核DNA 序列改变的情况时，基因功能的可逆的、可遗传的改变。
这些改变包括DNA的修饰(如甲基化修饰)、组蛋白的各种修饰等。
也指生物发育过程中包含的程序的研究。
在这两种情况下，研究的对象都包括在DNA序列中未包含的基因调控信息如何传递到下一代这个问题。
组蛋白的翻译后修饰不仅与染色体的重塑和功能紧密相关，而且在决定细胞命运、细胞生长以及致癌作用的过程中发挥着重要的作用[1]，如组蛋白磷酸化就在有丝分裂、细胞死亡、DNA损伤修复、DNA复制和重组过程中发挥着直接的作用[2]。
组蛋白的修饰主要包括：甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、ADP-核糖基化等。
1组蛋白的修饰结构基础真核生物约146bp的DNA缠绕核心组蛋白八聚体（各两分子的H2A, H2B, H3, H4）构成了染色体的基本单位核小体，核小体再通过DNA 和组蛋白H1连接构成染色质纤维。
组蛋白不仅在染色体组装方面有着重要的作用，而且组蛋白的翻译后修饰在调控基因动态表达方面也有着重要的作用。
组蛋白翻译后修饰多发生在组蛋白的N-端尾部，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、ADP-核糖基化、泛素化和小分子泛素化修饰[3]，这些修饰有助于其他蛋白质与DNA的结合，从而产生协同或者拮抗作用来调控基因转录。
例如，乙酰化使组蛋白尾部正电荷减少，从而削弱了与带负电荷DNA骨架的作用，而促进染色质呈开放状态[4],甲基化激活或抑制基因功能主要依赖于修饰的位点，主要与赖氨酸残基的单甲基化、双甲基化或三甲基化有关[5]。
蛋白质泛素化修饰和去泛素化修饰的功能研究
蛋白质泛素化修饰和去泛素化修饰的功能研究蛋白质泛素化修饰和去泛素化修饰是目前热门的研究领域。
泛素是一种重要的蛋白质后修饰，可以通过与目标蛋白特异性连接，调控其功能、定位、代谢等。
实验证明，除了内源性泛素化修饰，该系统还需要伴随流程——去泛素化修饰——维持平衡。
本文旨在介绍蛋白质泛素化修饰和去泛素化修饰的功能研究进展。
一、蛋白质泛素化修饰的功能泛素连接酶（E1）和泛素结合酶（E2）与箭头指向同一泛素激活酶（E3）协同作用，将泛素连接到目标蛋白上。
泛素化修饰在细胞内起着许多核心功能，在生理和病理学上具有广泛的影响。
大量的细胞过程都受到蛋白质泛素化修饰的调控，如可编程信号转导和调节，细胞周期，基因表达，代谢和蛋白折叠以及定位。
1. 信号转导和调节泛素连接的蛋白在许多信号通路的正常调节中有着核心作用。
泛素化修饰在核转录因子、膜受体、调节因子等参与的信号传递中，保证了较为复杂的信号递交和加工。
同时，这些途径也参与了免疫反应保护、热休克反应、细胞凋亡等复杂生理过程。
2. 细胞周期泛素化修饰在细胞周期的健康维护中发挥着重要作用。
泛素连接的蛋白参与了细胞增殖和分化调控。
细胞周期调控中，MCB-box E3家族成员在S期或G2期维持稳态和动力学计时控制；Apc/C家族成员调节了有丝分裂中的染色体分离、微管稳定性、细胞质基质重组，而作为细胞膜相关的ligase NEDD4以及cullin-RING E3连接酶 (CRL)家族成员在G1、M和G0期活动。
3. 代谢和蛋白折叠以及定位泛素化修饰在代谢、蛋白折叠状态的维持和细胞定位等方面有着重要的调控作用。
透过泛素化修饰，能够联接蛋白在细胞内的移动和转化，同时配合去泛素化酶对蛋白的稳定性和生物功能进行精细的调节。
二、蛋白去泛素化修饰的功能近期研究表明，除了泛素化修饰重要之外，泛素蛋白酶（Deubiquitinatingenzymes，DUBs）在之前研究中仍倾向于较为简单的视作一种“蛋白分解酶”，实际上其功能极其广泛。
蛋白质泛素化、去泛素化与肿瘤发生的关系
蛋白质泛素化、去泛素化与肿瘤发生的关系【关键词】泛素化泛素-蛋白酶体途径去泛素化去泛素化酶肿瘤泛素蛋白水解酶体途径（Ubiquitin proteasome pathway, UPP）是细胞质和核内蛋白ATP 依托性的非溶酶体降解途径，高效并高度选择性地进行细胞内蛋白转换，还参与某些重要蛋白质的编译后修饰和改造。
因此，对维持细胞正常生理功能具有十分重要的意义。
但随着对UPP研究的深切，发觉蛋白泛素化调剂是一个可逆的进程。
细胞内同时还存在一些特异的去泛素化蛋白酶进行负向调剂［1］。
1 泛素及其功能泛素是由76个氨基酸组成的球形热稳固蛋白，其结构在真核细胞中高度保守，在不同生物体间组成泛素的氨基酸序列不同很小。
泛素是通过一系列泛素启动酶的作用而与靶蛋白连接的。
泛素-蛋白酶体系统的组成（1）泛素：分子量约，普遍存在于真核细胞。
泛素链与蛋白底物的结合形成被蛋白酶体降解的识别信号。
（2）泛素活化酶E1：通过半胱氨酸残基与泛素C端活化的甘氨酸残基形成硫酯键。
（3）泛素转移酶E2：以泛素结合酶方式起作用，活性部位为半胱氨酸。
（4）泛素连接酶E3：识别被降解的蛋白并将泛素连接到底物上。
（5）26S蛋白酶体（）：蛋白酶体定位于胞核和胞质内。
26S蛋白酶体是由2个环状的19S亚单位和1个20S微粒体状的亚单位组成［2］。
蛋白酶体被以为是细胞内的再生与回收中心，泛素化的靶蛋白在此被分解为短肽和氨基酸，而泛素被回收再利用。
泛素-蛋白酶体降解途径第一时期为泛素与蛋白底物的彼此作用：（1）高能硫酯键E1泛素复合物的形成。
在ATP参与下，游离的泛素被E1激活，即E1的半胱氨酸残基与泛素的C结尾甘氨酸残基形成高能硫酯键。
（2）活化泛素（E1泛素复合物）转移到E2上，释放出E1，形成高能键E2泛素复合物。
（3）底物（被磷酸化、氧化、错误折叠或与辅助蛋白结合的蛋白质）被E3识别并与之结合。
（4）E2泛素复合物上的泛素转移到E3上，形成高能键复合物。
组蛋白的泛素化与去泛素化
12
DNA damage repair
Schematic depiction of histone ubiquitination
Methods. 2011 Jul; 54(3): 315–9325.
Histone deubiquitinating enzyme（DUBs）
✓ H2A deubiquitination USP 16： HOX gene silencing, DNA damage repair
Histone ubquitination&deubquitination
1
The structure of nucleosome
组蛋白是一种11-15KDa 的碱性蛋白，与DNA相 互作用构成核小体。 核心组蛋白的尾巴伸出 来，受到广泛的修饰。
2
Ubquitin
泛素(ubiquitin，Ub)是 高度保守的、含76个氨 基酸的蛋白质，分子量 为8.5 kDa，在真核生物 体内广泛存在。 泛素分子氨基端1-72位 点的氨基酸残基形成一 个紧密球状结构，紧靠 羧基端的4个氨基酸残基 是随机盘绕的（randomcoiled）。
deubquitinase • Histone modifications crosstalk • Involved in multiple cellular events---gene expression
regulation、DNA damage response and repair、 female X chromosome inactive and so on
蛋白质泛素化和去泛素化的机制
蛋白质泛素化和去泛素化的机制蛋白质泛素化和去泛素化是细胞生物学的重要机制，通过这两种机制，细胞可以控制蛋白质的稳定性、代谢、功能和互作等，从而维持生命活动的正常进行。
在本文中，我们将介绍蛋白质泛素化和去泛素化的基本原理、机制和作用，为读者提供一些基础知识和参考。
一、蛋白质泛素化的基本原理和机制蛋白质泛素化指的是一种特殊的蛋白质修饰，它通过将一个小分子泛素（Ub）与目标蛋白结合，从而改变目标蛋白的功能或命运。
泛素本身是由多个氨基酸残基序列（GG）组成的肽链，这些肽链可以与目标蛋白上的特定赖氨酸残基结合，并形成泛素化修饰。
泛素化修饰可以通过三种主要的机制实现，包括单泛素化、多泛素化和链型泛素化。
单泛素化的含义是指某个蛋白质上只有一个泛素分子被修饰。
多泛素化则是指同一蛋白质上有多个泛素分子被修饰。
链型泛素化是指泛素分子之间形成共价二聚体，三聚体或更高级别的链，从而形成链型泛素化修饰。
链型泛素化包括K48-、K63-和K11-链型泛素化等，它们具有不同的结构和作用。
泛素化修饰可以通过一系列酶的协同作用来完成。
首先，泛素激活酶（E1）将泛素与ATP结合，形成一个泛素-E1复合物。
然后，泛素转移酶（E2）将泛素-E1复合物转移到某个特定的E3泛素连接酶上，E3酶与目标蛋白上的特定残基形成复合物，从而实现泛素化修饰。
E3酶还可以选择泛素-E2复合物的结构，以实现单泛素化、多泛素化或链型泛素化等机制。
最后，泛素化修饰的目标蛋白可以通过蛋白酶体或溶酶体等途径被降解或转运。
二、蛋白质去泛素化的机制和作用蛋白质去泛素化是指将已经泛素化的蛋白质上的泛素修饰群体去除的机制。
相比蛋白质泛素化，蛋白质去泛素化的机制更为复杂，因为细胞中存在多种不同类型的去泛素化酶（DUB），它们具有不同的结构、特点和功能。
根据分子机制，DUB可以分为两类，即结构特异性DUB和作用特异性DUB。
结构特异性DUB是指只能识别和切割泛素化群体的特定结构，例如K48-链、K63-链、K11-链等，并能在其中识别和选择特定的链结并将其去除。
组蛋白泛素化和去泛素化调节修饰的作用研究
组蛋白泛素化和去泛素化调节修饰的作用研究细胞内的蛋白质通常需要通过修饰来调控其生物功能。
其中，泛素化和去泛素化修饰是广泛研究的两种蛋白质修饰方式。
泛素化修饰通常会使其靶蛋白在适当的条件下发生降解，而去泛素化修饰则是通过移除蛋白质上的泛素来调节泛素化修饰的水平。
在这篇文章中，我们将探讨组蛋白泛素化和去泛素化调节修饰在细胞内的作用，并介绍相关的研究进展。
1. 组蛋白泛素化的作用组蛋白泛素化是指泛素蛋白质连接酶复合物（E3）在组蛋白上进行泛素修饰。
这种修饰通常发生在组蛋白H2A和H2B上的C 端赖氨酸上。
组蛋白泛素化在细胞内扮演着重要的角色，影响染色质的结构、功能和动态状态。
研究发现，组蛋白泛素化可以促进染色质复制、DNA损伤修复和转录调控等生物学过程。
组蛋白泛素化作用最初被发现是通过泛素连接酶复合物RNF8来调节DNA损伤响应。
它将组蛋白H2A和H2AX泛素化，以便于DNA损伤和修复信号的转录调控。
除此之外，在DNA损伤之后还有另外一种泛素连接酶复合物RNF168参与到DNA损伤响应中。
RNF168会在损伤位点周围的组蛋白H2A上进行泛素化修饰，并进一步定位和激活DNA损伤响应因子。
2. 组蛋白去泛素化的作用与组蛋白泛素化相对应，组蛋白去泛素化是移除蛋白质上泛素修饰的修饰方式。
组蛋白去泛素化酶（DUBs）可以通过水解泛素和靶蛋白的连接来调节蛋白质的泛素化状态。
研究表明，组蛋白去泛素化可以影响转录调控、DNA损伤修复和染色质结构等生物学过程。
有一类组蛋白去泛素化酶，被称为SAGA去泛素化模块（SGF11），可以移除组蛋白上的泛素修饰，从而调节转录后修饰事件。
研究表明，SGF11在神经发育和骨骼肌形成中具有重要的作用。
此外，RICTOR蛋白也具有去泛素化酶活性，它能够去除组蛋白上的泛素修饰，影响胚胎干细胞的自我更新和再生。
3. 组蛋白泛素化和去泛素化在疾病中的作用组蛋白泛素化和去泛素化对于人类疾病的发病机制也具有很大的影响。
去泛素化机制
去泛素化机制1. 引言泛素化是一种重要的细胞生物学过程，它在细胞内调控蛋白质的稳定性、活性和功能发挥等方面起着关键作用。
泛素化通过共价地附着小蛋白泛素于目标蛋白上，从而调控目标蛋白的命运。
然而，在某些情况下，细胞需要去除或逆转这种泛素化修饰，以实现特定的调控效果。
因此，去泛素化机制也变得非常重要。
2. 去泛素化酶家族去泛素化是由一类特殊的酶，即去泛素化酶（deubiquitinase, DUBs）来完成的。
DUBs是一类能够切断或去除蛋白质上泛素修饰的酶，它们通过加水解除泛素与目标蛋白之间的共价键，从而去除泛素。
根据其结构和去泛素机制的不同，DUBs可分为结构域特异性DUBs和泛素结构特异性DUBs。
2.1 结构域特异性DUBs结构域特异性DUBs包括UBP/USP家族、UCH家族和MJD家族等。
UBP/USP家族是最大的DUB家族，其成员拥有一个保守的结构域，即UBP结构域。
UBP/USP家族DUBs 通过结构域与泛素结合，并通过水解作用去除目标蛋白上的泛素修饰。
UCH家族DUBs则具有独特的结构域UCH结构域，其机制与UBP/USP家族DUBs有所不同。
MJD家族DUBs则是一类与遗传性神经退行性疾病相关的DUBs，其结构域和去泛素机制也有所特殊。
2.2 泛素结构特异性DUBs泛素结构特异性DUBs是一类通过与泛素结构上特定位点的相互作用来去除泛素修饰的DUBs。
这类DUBs包括OTU家族、JAMM/MPN+家族和MINDY家族等。
OTU家族DUBs通过其OTU结构域与泛素结构上的特定位点相互作用，从而去除泛素修饰。
JAMM/MPN+家族DUBs则通过其JAMM/MPN+结构域与泛素结构上的特定位点相互作用，实现去泛素化。
MINDY家族DUBs则是最新发现的一类泛素结构特异性DUBs，其去泛素机制和特定结构域有所不同。
3. 去泛素化的生理功能去泛素化在细胞生物学中具有重要的生理功能，它参与了多个细胞过程的调控。
组蛋白的修饰作用
甲基化转移酶简介
甲基化转移酶分为组蛋白赖氨酸甲基转移酶(HKMT)、组蛋 白精氨酸甲基转移酶(HRMT)2个家族；而多数蛋白甲基转移酶都 包含有SET结构域，含有SET结构域的蛋白主要功能是调节基因活 性，但具体机制还不甚明确。 核小体组蛋白在异染色体基因沉默中发挥关键作用，已有 研究表明很多含有SET结构域的蛋白，如人Suv39H1和裂殖酵母
组蛋白甲基化的功能： 1、组蛋白的甲基化有抑制或激活双重效应，这些效应是 由组蛋白甲基化的特定模式识别及结合核小体的蛋白质共同产 生的，并进一步修饰染色质或直接影响转录。 2、组蛋白的甲基化对促进DNA甲基化具有一定的作用。 DNA甲基化在转录水平可影响基因表达、参与真核生物胚胎发 育调节、参与基因组印记和X染色体失活及影响DNA与蛋白质 的相互作用。
H3K4的甲基化还可促进H3K9的乙酰化。相反，H3K9的甲基化
抑制了H3S10的磷酸化，并且抑制H3K9、H3K14的乙酰化，从 而导致基因沉默。
图3、组蛋白尾部不同修饰的交互作用类型
思考题：组蛋白的修饰及其在转录调控中的作用。（中科院03、10年考题）
Thank you very much!
组蛋白的修饰作用
一、组蛋白的定义：
组蛋白是染色体的结构蛋白，与DNA构成核小体。它分为 H1、H2A、H2B、H3和H4等5种。
二、组蛋白的特征：
1、进化上的极端保守性： 其保守程度比较：H1<H2A 、H2B<H3 、H4； 2、无组织特异性：
鸟、鱼、两栖类的红细胞染色体不含H1而含H5，精细胞
图1所示：
图1、组蛋白的乙酰化与去乙酰化过程
组蛋白乙酰化的生物学功能：
1）可改变蛋白质分子表面的电荷，影响核小体的结构，从
分子生物学---9蛋白质修饰(泛素化)
泛素化内稳态及信号一：背景1.细胞内蛋白酶解：80%-90%通过蛋白酶体降解，10%-20%通过自噬。
2．泛素：由70个左右的氨基酸组成，本身有7个赖氨酸可被泛素化。
细胞内广泛存在的一种蛋白。
占细胞总蛋白1-2%，真核生物中高度保守。
泛素内稳态取决于不断的改变。
泛素化和去泛素化是一个动态平衡过程。
3．细胞内泛素化-蛋白酶体系统（U P S）（1）E3连接酶亚家族：E3连接酶的功能影响细胞每个方面的活性，它的改变可以导致疾病。
（2）E3连接酶（大约600种）可以作为o n c o g e n e或者t u m o r s u p p r e s s o r（3）泛素信号：分类及功能功能：细胞凋亡、D N A转录和修复、分化和生长、免疫应答和炎症，细胞表面受体和离子通道，血管新生，核糖体生物合成等等泛素信号异常：肿瘤、病毒感染、神经退行性疾病、发育畸形、细菌感染等。
蛋白质降解受到抑制后，正常细胞会出现生长抑制，而肿瘤细胞则出现凋亡。
二、泛素内稳态及应激1.细胞内泛素内稳态（老师上课说过这是可能的考点）泛素内稳态：泛素合成聚泛素链形成聚泛素链组装泛素降解泛素应激：泛素增加、泛素减少泛素减少：损害减数分裂、组织生长缺陷、突触发育及功能、胎儿肝脏发育细胞周期及耐逆性、增殖缺陷、扰乱造血系统、神经退化和代谢紊乱、细胞分化异常泛素增加：延迟衰老、改变基因表达、热击的应答方式、促进细胞增殖和应激耐受、改变蛋白酶体构成、激活自噬三、泛素信号和主要信号通路1、N-e n d r u l e通路泛素化蛋白酶体系统中最简单的规则：及蛋白质N端的特点决定蛋白质的半衰期，若N端为精氨酸或者赖氨酸的蛋白质寿命就很短。
最早期试验：牛血清白蛋白（B S A）N端为天冬氨酸，可以被A T E1（精氨酸t-R N A转移酶1）催化在N端加上精氨酸，进而被E3连接酶识别发生降解。
后来发现：机制是蛋白质N端带上谷氨酸和天冬氨酸可以在A T E1作用下被精氨酸化。
组蛋白泛素化修饰及其在DNA损伤应答中的作用
Hereditas (Beijing) 2019年1月, 41(1): 29―40 收稿日期: 2018-07-10; 修回日期: 2018-09-04基金项目:国家级大学生创新创业训练计划(编号：201610285039Z ，201610285045Z)资助[Supported by the National Students’ Platform for Innovation andEntrepreneurship Training Program (Nos. 201610285039Z, 201610285045Z)] 作者简介: 张卿义，本科在读，专业方向：临床医学。
E-mail: zhangqingyi@通讯作者:曹建平，教授，博士生导师，研究方向：放射生物学。
E-mail: jpcao@DOI: 10.16288/j.yczz.18-112网络出版时间: 2018/10/20 14:54:00URI: /kcms/detail/11.1913.R.20181020.1453.004.html综 述组蛋白泛素化修饰及其在DNA 损伤应答中的作用张卿义1，张樱子2，沈凯1，张舒羽2，曹建平21. 苏州大学医学部第一临床医学院，苏州 2151232. 苏州大学医学部放射医学与防护学院，苏州 215123摘要: 泛素化修饰是真核生物细胞内重要的翻译后修饰类型，通过调节蛋白质活性、稳定性和亚细胞定位广泛参与细胞内各项信号传导与代谢过程，对维持正常生命活动具有重要意义。
组蛋白作为染色质中主要的蛋白成分，与DNA 复制转录、修复等行为密切相关，是研究翻译后修饰的热点。
DNA 损伤后，组蛋白泛素化修饰通过调节核小体结构、激活细胞周期检查点、影响修复因子的招募与装配等诸多途径参与损伤应答。
同时，组蛋白泛素化修饰还能调节其他位点翻译后修饰，并通过这种串扰(crosstalk)作用调节DNA 损伤应答。
本文介绍了组蛋白泛素化修饰的主要位点和相关组分(包括E3连接酶、去泛素化酶与效应分子)，以及这些修饰作用共同编译形成的信号网络在DNA 损伤应答中的作用，最后总结了目前该领域研究所面临的一些问题，以期为科研人员进一步探索组蛋白密码在DNA 损伤应答中的作用提供参考。
组蛋白泛素化
组蛋白泛素化组蛋白的泛索化是指在组蛋白上连接泛素(abiquiti)。
泛素化是最近发现的组蛋白的另外种重要的化学修饰。
在哺乳动物细胞中，用蛋白H2A险基末端存在普遍的泛素化现象。
真核细胞基因组DNA被组装形成染色质存储在细胞核中。
核小体，作为染色质的基本结构单元，在基因复制与转录过程中高度动态调控。
DNA/RNA聚合酶发挥功能的前提是核小体结构要被打开，使得聚合酶能顺利对核小体包裹的DNA进行复制转录；而聚合酶完成复制过程后产生的DNA和原来的模板要被重新组装形成核小体，节省空间的同时可以保护DNA免受各种北外刺激因素包括氧自由基等的损伤，并维持或继承该区域表观遗传信息（Uhrf1&DNMT1）。
真核细胞的组蛋白存在着各种翻译后修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等，这些修饰使得DNA的复制和转录得到多层次的调控。
组蛋白H2A是最早鉴定的泛素化修饰底物，组蛋白H2A泛素化修饰参与了基因转录调控和DNA损伤修复等多个生理反应过程，它受到非常严格而精细的调控，组蛋白H2A的泛素E3连接酶PRC1复合体的自身泛素化对于其泛素连接酶活性至关重要。
人类HSCARG蛋白通过招募去泛素化酶USP7抑制PRC1复合体的泛素化并因此降低组蛋白H2A泛素化水平，进而调控细胞周期和细胞生长。
HSCARG对H2A泛素化的调控在DNA损伤修复中也发挥重要的作用。
HSCARG缺失后，DNA损伤修复后H2A泛素链去除的效率降低，导致了修复蛋白停留在损伤位点以及CHK2信号的持续激活，最终导致细胞在损伤修复后不能重新回到细胞周期并影响了细胞的增殖。
除了泛素化修饰，其它种类的修饰在组蛋白的功能调控中也发挥重要的作用。
NEDD8是一种类泛素化小分子，它与底物蛋白的共价偶联被称为NEDDylation修饰。
NEDD化修饰参与调控细胞周期、发育和免疫应答等许多重要的生命活动。
组蛋白H2A存在NEDDylation修饰，组蛋白H2A的NEDDylation修饰和泛素化修饰之间具有拮抗关系，NEDDylation修饰可以调控DNA损伤修复。
组蛋白泛素化占有率什么意思
百泰派克生物科技
组蛋白泛素化占有率什么意思
组蛋白是一类具有高度保守序列的蛋白，其N末端可发生甲基化、磷酸化、泛素化等多种修饰。
组蛋白泛素化是指在组蛋白的N末端发生泛素化修饰，从而将泛素连接到组蛋白上的过程。
组蛋白泛素化占有率指被检测到组蛋白泛素化修饰位点的百分比，即组蛋白泛素化修饰位点占有率，组蛋白泛素化占有率越高，则检测到组蛋白泛素化的机会随之就越大，反之则越小。
然而，组蛋白泛素化占有率小并不能说明其生物学效应低，即使是地占有率的修饰也可能产生重大的生物学效应。
通过质谱法对组蛋白泛素化进行深度解析可提高组蛋白泛素化修饰的位点占有率的定量分析准确度，质谱检测组蛋白泛素化修饰的检测项目包括组蛋白序列确证、组泛白泛素化位点占有率定量以及组泛白泛素化修饰位点的确定等内容。
百泰派克生物科技采用Thermo Fisher的Q ExactiveHF质谱平台，Orbitrap Fusion质谱平台，Orbitrap Fusion Lumos质谱平台结合Nano-LC提供组蛋白泛素化修饰分析服务，您只需将样品寄出并将实验目的告诉我们，我们会负责项目后续所有事宜，提供组蛋白修饰方式、修饰位点的鉴定及定量分析。
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a.Histone H2A Monoubiquitination Represses Transcription by Inhibiting PIC formation
•H3K4 methylation is essential for preinitiation complex(PIC) formation. •Ubiquitylation of H2A does inhibit preinitiation complex formation, not in a direct way but indirectly by preventing H3K4 methylation. • Deubiquitylation of histone H2A by USP21 activates transcriptional initiation via trans-histone crosstalk with H3K4 diand tri-methylation.
substrate-specific E3(ligase)
E3主要有两大类: HECT(homologous to the E6-AP carboxyl terminus) 结构域家族，通过与泛素形成催 化作用所必需的硫酯键发挥作用 RING(really interesting new gene)结构域 家族，为E2和底物提供居留位点从而使 E2 催化泛素转移到底物上
X chromosome inactivation, cell cycle progression 2A-DUB ：interacts with PCAF USP21： regulator of liver regeneration BAP1： C-terminal hydrolase,repression of HOX genes ✓ H2B deubiquitination Ubp8 ：reside within SAGA，Transcription Ubp10 （Dot4）：Sir-mediated telomeric and rDNA silencing
FACT:facilitates chromatin transcription 二聚体，包括SPT16和SSRP1，能从核小体中置 换出H2A/H2B二聚体，进而促使染色体介导的转 录延伸抑制得到释放
Molecular Cell, MG Rosenfeld, 1(29), 2008
H2B
✓H2B monoubiquitylation and deubiquitylation can directly modulate the chromatin state by altering nucleosome stability, promoting partial nucleosome disassembly and reassembly, and regulating chromatin higher-order structure. ✓modulate chromatin indirectly through the binding or repulsion of specific readers, which call into action a plethora of proteins and protein complexes with diverse biochemical activities. ✓The direct and indirect mechanisms are not mutually exclusive E.g.relaxation of higher-order chromatin structure is expected to facilitate the access of H2Bub1 readers
Ubiquitination&Deubiquitination
泛素化修饰就是底物的赖氨酸残基位点与泛素分子的羧基末端相互结合的过程。 由于泛素本身的7个赖氨酸位点, 也可与另一个泛素相结合, 因此单泛素化的底物蛋白, 可作为Seed，结合多个泛素，形成了多泛素化修饰。
Histone Ubiquitination
Histone ubquitination&deubquitination
The structure of nucleosome
组蛋白是一种11-15KDa 的碱性蛋白，与DNA相 互作用构成核小体。 核心组蛋白的尾巴伸出 来，受到广泛biquitin，Ub)是 高度保守的、含76个氨 基酸的蛋白质，分子量 为8.5 kDa，在真核生物 体内广泛存在。 泛素分子氨基端1-72位 点的氨基酸残基形成一 个紧密球状结构，紧靠 羧基端的4个氨基酸残基 是随机盘绕的（randomcoiled）。
• H2B的泛素化与去泛素化的循环与转录起始及延伸 有密切关系
ubH2A&silence
• H2A-specific E3：Ring1B，2A-HUB，与转录沉默有关
• Ring1B存在于3种不同的转录抑制复合物PRC1, BCoR 及-1中
• 2A-HUB与N-CoR/HDAC1/3 complex联系，定位于 chemokine genes的启动子处，阻断FACT的招募
ResttS(Rn(f(lasppioBiCorttkpdluriraNaaaoir))reeet)ddcnbsAbn1vlIvItlDi6iynneishitgeo6elPliceioaeibanon/n((zozruiitFsenytnaeti))plioApsb,,sndlsaIthomtiCnUIasghtqn,tioBfthuTnohebeuyrfrsrHecyeoneepe.apisbltm2r-se1n(p8tnhincmasineAodiruoooua,c)paoaas-crukvcsorTHt-onmylseletipwcehfeolmd2rososailoiRaoinsBetcstsmmetsccrNsiidehofoaibsbkuocpaiAetmngeyiyiomtacenonihvuPrcinUSoengileeewttoiospgfetbinbtanailarittnsopnCtetyclr1(jtehuts8iaettaa6ffRr,ksagnaosrsdti/as1NonanhcssafFdnuleticneldesAAtbliouecrimthttiaCh2iwdPciinPapeioo“lT)badtesoitauncfn.SfelRioishleo1bantA(oa,RsIdnihesnigiIGcdqafos)N.cueobl6tuomHtAk(RlcAhmoopie/icpli3ateaBieswiohiP)ocda-puntorlHidhotiiS6lynebnmnseitirtl4m/o1dso-ogxtoaIBcian-”IbmgbmetomatrdsChyhtlhreonsmeeeoaaTeet1eefSdstsDdprno-mcpCtieebemntaoi.lucttlaeriab.obt去6ckocnaetxosl泛u1nliervdydelsfdtirg泛edociezowihbni素aaolbelnmsaHlygtitwou素yotaetit2化bhnSwnohtmidtttBeplg化thfreyecheeautHeh稳Rd1ravbt2araN6bhen不b1oBl定c/ilesAdymnstuFo稳dAatbtwPaohinCo1tni定etyilTngh.IIof TBP to cryptic TATA-like sequences within the coding region.
Schematic depiction of histone ubiquitination
Methods. 2011 Jul; 54(3): 315–325.
Histone deubiquitinating enzyme（DUBs）
✓ H2A deubiquitination USP 16： HOX gene silencing, DNA damage repair
Transcription regulation
• H2A与H2B的单泛素化与转录调节有关: H2Aub与基因沉默有关,H2Bub与基因活化有关
【CHIP-on-chip实验证明 ubH2A在卫星区，ubH2B在 转录活化基因的主体】
• H2A/H2B泛素化机制：co-transcription mechanism
Histone Ubiquitination and Deubiquitination in Transcription, DNA Damage Response, and Cancer. Front Oncol, 2(26),Cao J & Yan Q,2012
Regulation of cell cycle progression
1.酸性激活蛋白GAL4招募H2B特异的泛 素酶复合物到启动子区 2.在与PAF、BUR（对Rad6的Ser120磷酸 化）、延伸形式的RNAP2（其CTD的Ser5 被Kin28磷酸化）的作用下，泛素酶复合 物对H2B的K120位进行泛素化（cotranscription）
Model for the regulation of chromatin dynamics by H2B ubiquitination and deubiquitination during transcription elongation.
• Ubp-M is essential for Ser-10 H3 phosphorylation mediated by the Aurora B kinase and is required for chromosome segregation during mitosis.
DNA damage repair
ATM:ataxia telangiectasia mutated DSB:DNA double-strand break RNF:Ring finger ligase（E3） DDR:DNA damage response 53BPI：p53 binding protein 1