表观遗传学 第三章 组蛋白修饰

物 om 生 .c 做 oo 心 bi 秀 .b 专 w 物 w 生w
Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC
人类IFN-β基因的激活
A. DNA code: 序列模 体、甲基化模式 B. GCN5结合到启动 子/增强子上 C. 修饰H4K8和H3K9 D. H3S10被RSK-2磷 酸化，促使GCN5修 饰H3K14 E. SWI/SNF的BRG1 特异性识别H4K8; TFIID的TAFII250识 别H3K9和H3K14, 从 而激活IFN-β
表观遗传学
第三章 组源自文库白修饰
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DNA Packing
r 1. 如何将10,000公里长的蚕 丝(半径~10-5米)装入一个篮 球中。 r 2. 蚕丝的体积：3.14*10-3m3 r 3. 折叠、缠绕…
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组蛋白乙酰化：DNA repair
r 1. DNA损伤修复：
物 om 生 .c 做 oo r A. 完整的DNA序列； 心 bi r B. 双链断裂； 秀 .b r C. NHEJ因子: (D) 修复因子与 (E) 专 w 物 染色质重塑因子； w (G) 增大 生w r F. 染色质重塑的构型，
Sirtuins：吃的少，活得长
r caloric restriction (CR)：延缓随年龄增大易发生的疾病和癌症，并 显著延长寿命 r CR: AL小鼠60%的食物：引起SIRT1蛋白质表达量增加
物 om 生 Bax .c或Bax-Ku70复合 细胞中转入 物使得细胞凋亡率增加 做 oo 心 bi 秀 .b ？ 专 w 物 w 生w
一、组蛋白的乙酰化 二、组蛋白的甲基化 三、组蛋白的磷酸化 四、组蛋白的泛素化 五、组蛋白的SUMO化
一、组蛋白的乙酰化
r 1. 通常发生在蛋白质的赖氨酸(K)上； r 2. 可逆的生化反应：
物 om 生 .c 做 oo r 3. 分子效应：中和赖氨酸上的正电荷，增加组蛋 心 bi 白与DNA的排斥力 秀 .b 专 w r 4. 生物学功能： 物 | A. 基因转录活化 w 生 w | B. DNA损伤修复
Epigenetic differences：monozygotic twins
物 om 生 .c 做 oo 心 bi 5mC H3 乙酰化 H4 乙酰化 秀 .b 专 w 物 w 生w
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组蛋白共价修饰的功能
r 基因转录、DNA损伤修复、DNA复制、染色体凝聚等
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常染色质与异染色质
r 1. 常染色质：基因表达 活跃的区域，染色体结 构较为疏松 r 2. 异染色质：基因表达 沉默的区域，染色体结 构致密
物 om 生 .c 做 oo 心 bi 秀 .b 专 w 物 w 生 核小体 w
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蛋白质乙酰化调控基因转录
r r r A. 乙酰化转录因子，使之与DNA结 合能力增强； B. 转录因子活化的结构域招募HATs 复合物； C. HAT复合物乙酰化组蛋白，打开 染色质； D. 转录激活； E. HAT复合物中的共激活子也被乙 酰化修饰； F. HAT复合物乙酰化之后离开，转 录活性削弱。
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HATs：转乙酰基酶
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| A. Histone acetyltransferase，HAT (>30) | B. Histone deacetylase, HDAC (18)
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组蛋白的乙酰化
r 中和赖氨酸的正电荷，C=O具有一定的负电，能够增加 与DNA的斥力，使得DNA结构变得疏松，从而导致基因 的转录活化
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染色体上不同的区域
r Euchromatin: 常染色质； r Heterochromatin: 异染色 质 r E->H或H->称为染色质重塑 (Chromatin Remodeling) r 分子机理：DNA甲基化， 组蛋白修饰，染色质重塑复 合物的协同作用。
物 om CH, cysteine/histidine-rich 生 .c motif; 做 oo H15, linker histones H1心 bi and H5-like domain; 秀 NEMM, N-terminal part of .b 专 w Enok, MOZ or MORF; 物 w PHD, PHD zinc finger; 生w ED, glutamate/aspartaterich region; SM, serine/methionine-rich domain
NHEJ局部浓度； r H. 直至修复
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| A. Homologous recombination (HR) | B. Nonhomologous end-joining (NHEJ)
HDACs
r 1. Class I：HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8 (定位于细胞核) r 2. Class II：HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7A, HDAC9, HDAC10 (能够在细胞核与胞 质间转运) r 3. Class III：Sirtuins (SIRT1, SIRT2, SIRT3, SIRT4, SIRT5, SIRT6, SIRT7) r 4. Class IV：HDAC11
Gcn5/PCAF & p300/CBP
Br, bromodomain;
物 om 生 .c CH, cysteine/histidine做 oo rich module; p300/CBP心 bi KIX, phospho-CREB 秀 .b 专 w interacting module; 物 Q, glutamine-rich w 生 domain. w
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http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/305/5682/390
Bax促使细胞凋亡
r 1. Ku70与Bax结合； r 2. 受到信号的刺激，Ku70被乙酰化，释放 Bax； r 3. 游离Bax穿入线粒体，引起细胞凋亡
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HAT识别底物的分子机制
r A. ‘hit-and-run’ model； r B. & C. attract-andhit’ models r D. ‘targeted action’ model r E. ‘relay’ model: 两个 HAT先后修饰底物 r F. HIV Tat K50被p300 修饰后，招募PCAF， 再激活特定基因。 (Bromodomain)
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内容纲要
r r r r r
物 om 生 .c 做 oo 心 bi 秀 .b r 六、组蛋白密码 专 w 物 w 生w
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Classical HDACs
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主要的功能基团
r Acetyl
物 om 生 .c r Methyl 做 oo 心 bi 秀 .b 专 w r Phosphoryl 物 w 生w
r Ubiquitin
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HDAC复合物
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Sirtuins
r 1. NAD-dependent protein deacetylase r 2. NAD: 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 r 3. ADP-ribosyl-transferase
常染色质
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异染色质
组蛋白与核小体
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Histone variants
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Nr, nuclear receptorinteracting box; 具有保守的HAT结构域
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Gcn5/PCAF
Bromodomain
r 1. An acetyl-lysine binding domain r 2. HATs修饰底物之后 可能与底物上的乙酰 化赖氨酸结合
Ku70 Bax
物 om 生 .c 做 oo 心 bi 乙酰化 秀 在线粒体上打 .b 专 w Bax 洞，促使凋亡 物 w 生w
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SIRT1: 减弱Bax的细胞凋亡能力
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组蛋白修饰
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组蛋白修饰 (2)
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HATs: MYST(MOZ-Ybf2/Sas3-Sas2-TIP60)
Chromo, chromodomain; Ser, serine-rich domain; 具有保守的MYST结构域
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Sirtuins
r 割裂NAD，释放 nicotinamide (烟碱)
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