组蛋白修饰

的。
组蛋白乙酰化酶


（3）Hatl、Elp3、Hpa2和其他乙酰化酶
Hatl 最初被把它归为 B型组蛋白乙酰化酶，它主要涉及细 胞质组蛋白乙酰化，这些组蛋白与DNA共同参与细胞核中 染色质的形成。Hatl可以乙酷化组蛋白H4的N端第12位赖 氨酸，第12位赖氨酸也是之前发现的新合成的组蛋白乙酰 化过程中的主要位点。 Elp3是酵母A型乙酰化酶，似乎可以直接影响转录起始和 延伸，因为它是RNA聚合酶E全酶的组成部分。Elp3能够 乙酰化全部4个核心组蛋白。Elp3的作用机制可能与GenS 类似。Elp3在多种真核生物中的同源性以及进化保守性说 明它是非常重要的。
完整的中期染 色体
核小体
核小体是染色体的基本结 构单位，由 DNA 和组蛋白 (histone ）构成，是染色 质（染色体）的基本结构 单位。 核小体由相对伸展的连接 DNA相连，形成串珠状 （称为一级结构）
核小体
二级结构是由一系列核小 体盘绕成螺旋并排列形成 30nm 纤维，在间期染色 质和有丝分裂染色体中都 可见到。 30nm的纤维状结构中的 |←二级结构→|← 一级结构 →| DNA 的压缩包装比约为 40 。 纤丝本身再进一步压缩后， 成为常染色质的状态时， DNA的压缩包装比约为 1000 。有丝分裂时染色质 进一步压缩为染色体，压 缩包装比高达 8400 ，即只 有伸展状态时长度的万分 之一。

组蛋白修饰
组蛋白修饰
组蛋白修饰
组蛋白修饰
组蛋白修饰种类
一． 二． 三． 四． 五．
组蛋白的乙酰化 组蛋白的甲基化 组蛋白的磷酸化 组蛋白的泛素化 组蛋白的SUMO化
一、组蛋白的乙酰化
乙酰化修饰是通过组蛋白乙酰化酶的催化作用实现 的。组蛋白乙酰化酶将乙酰CoA的乙酰基转移到组蛋 白N末端尾区内赖氨酸侧链的ԑ-氨基。

组蛋白乙酰化酶

Hpa2 是另一个组蛋白乙酰化酶。它像 GenS亚群 蛋白一样，能够乙酰化组蛋白H3和H4，尤其偏好 H3K 14，Hpa2与另一个酵母GNAT蛋白Hpa3具 有高度同源性， Hpa3在体外实验中 显示了非常 弱的组蛋白乙酰化酶活性。Hpa2可以在体外形成 二聚体或四聚体，目前已经分析了四聚体的晶体 结构。

组蛋白的性质和分类
1.
因为组蛋白富含带正电荷的碱性氨基酸，所以能
够同 DNA 中带负电荷的磷酸基团相互作用，形成
DNA组蛋白复合物。
2.
组蛋白是一类小分子碱性蛋白质。
组蛋白的性质和分类
3.
有五种类型：H1 、H2A 、H2B 、H3 、H4、
组蛋白的性质和分类

H1 属于另一类组蛋白，它不参加核小体的组建，在构成核


乙酰化酶

PCAF眼腺病毒癌蛋白EIA相似，能够结合到p300jCBP上的
相同位点，这两种蛋白质之间存在竞争。转染的PCAF和EIA
对细胞周期的调控有相反的效果，表明PCAF有抑制细胞周
期进程的作用，并且可能通过破坏PCAF和p300jCBP的之间 的相互作用的方式促进 EIA的有丝分裂活性。此外， EIA和 调节蛋白Twist 通过结合PCAF减少PCAF介导的体内转录， 进一步确定其作为调控源的乙酰转移酶活性。Twist可能通过 抑制PCAF的组蛋白乙酰化酶活性发挥生物学功能。关于EIA 的研究中观察到它有一个类似于组蛋白乙酰化酶抑制子的作 用，这可能对于确定组蛋白乙酰化酶抑制的特点是非常重要
4.
组蛋白是已知蛋白质中最保守的
核心组蛋白高度保守的原因可能有两个 :其一是核 心组蛋白中绝大多数氨基酸都与DNA或其他组蛋白相 互作用，可置换而不引起致命变异的氨基酸残基很 少;其二是在所有的生物中与组蛋白相互作用的 DNA 磷酸二脂骨架都是一样的。
组蛋白
为了查找不同物种的组蛋白序列以及结构信息，可以访问 组蛋白序列数据库(http://genome. nhgri. nih. gov/histones/)
A.
一、组蛋白的乙酰化

1. 通常发生在蛋白质的赖氨酸(K)上；
一、组蛋白的乙酰化


2. 可逆的生化反应：
组蛋白乙酰化

（1）乙酰化酶（Histone acetyltransferase）HAT (>30) 乙酰化酶通常分为两类： A型(histone acetyltransferase type A，HATA)：位于 细胞核， A 型组蛋白乙酰化酶乙酰化细胞பைடு நூலகம்内的核小体 染色质组蛋白，这些组蛋白乙 酰 化酶与转录有关，因此 也是研究关注的重点。

染色质
指间期细胞内由 DNA 、组 蛋白、非组蛋白及少量 RNA 组成的线性复合结构， 是间期细胞遗传物质存在 的形式。有常染色质和异 染色质之分。
常染色质：基因表达
活跃的区域，染色体结 构较为疏松 异染色质：基因表达 沉默的区域，染色体结构 致密
染色质重塑

Euchromatin: 常染色质；
每个核小体单位包括200bp 左右的DNA超螺旋和一个组 蛋白八聚体及一个分子 H1 ； 组蛋白八聚体构成核小体 的盘状核心结构； 146bp的 DNA分子超螺旋盘绕组蛋白 八聚体1.75圈,组蛋白H1在 核心颗粒外结合额外 20bp DNA ，锁住核小体 DNA 的进 出端，起稳定核小体的作 用。每个核小体 DNA 和组 蛋白的含量(包括H1 在内) 大致相等。


组蛋白乙酰化酶

其中包括 C 末端 bro-IDO 结构域、 Ada2 相互作用 结构域和 HAT 结构域。相关研究显示，这些结构 域在体内对于转接 子(adaptor)介导的转录活性是 必须的。
组蛋白乙酰化酶

（2）PCAF PCAF乙酰化游离核小体组蛋白，主要作用于组蛋白H3第 14位赖氨酸，对组蛋白H4的第8位赖氨酸的乙酰化作用较 弱。 当PCAF结合到启动子附近的位点时，可以发挥组蛋白乙 酰化酶依赖的共激活因子的功能，并剌激转录。 PCAF和Gcn5之间的相似之处是它们都参与多亚基复合物 SAGA形成。而他们的不同之处在于虽然 两者都在老鼠体 内广泛表达，但是表达水平在许多组织中还是大不相同的。
组蛋白的性质和分类

组蛋白(histones)是真核生物体细胞染色质中的碱性蛋白 质，富含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸，精氨酸和赖氨酸
加起来约为所有氨基酸残基的1/40。
组蛋白和非组蛋白
染色体中组蛋白以外的蛋白质成分称非组蛋白 (nonhistone proteins)。绝大部分非组蛋白呈酸性，因此也称酸性蛋白质 或剩余蛋白质。
核小体的组成

核小体是染色质（体）的基本结构单位，由DNA和 组蛋白(histone）构成。由4种组蛋白H2A、H2B、 H3和H4， 每一种组蛋白各二个分子，形成一个组 蛋白八聚体，约200 bp的DNA分子盘绕在组蛋白八 聚体构成的核心结构外面，形成了一个核小体。
组蛋白与核小体
组蛋白与核小体
Heterochromatin: 异染色质
E->H 或 H->E 称为染色质重 塑 (Chromatin Remodeling) 分子机理：DNA甲基化，

组蛋白修饰，依赖于ATP的 染色质重塑复合物的协同作 用。
组蛋白修饰

每个核心组蛋白都有两个结构域: 组蛋白的球形折叠区：与组蛋白间相互作用及缠 绕DNA有关 氨基末端(N末端)结构域：位于核小体的球形核心 结构以外(伸出核小体)，可同其他调节蛋白和DNA 发生相互作用，并且可以发挥 " 信号位点 "的作用， 这些位点常被组蛋白乙酰转移酶、组蛋白甲基转 移酶和组蛋白磷酸转移酶等作用，发生各种共价 修饰。

非组蛋白是指细胞核中组蛋白以外的酸性蛋白质。非组蛋 白不仅包括以 DNA 作为底物的酶，也包括作用于组蛋白的一 些酶 , 如组蛋白甲基化酶。此外还包括 DNA 结合蛋白、组蛋 白结合蛋白和调节蛋白。由于非组蛋白常常与 DNA 或组蛋白 结合, 所以在染色质或染色体中也有非组蛋白的存在, 如染 色体骨架蛋白。
组蛋白乙酰化酶

2. MYST家族
MYST家族是另一类具有组蛋白乙酰化酶活性的相关 蛋白，MYST 家族蛋白利用与 GNAT 超家族蛋白相似的 机制进行乙酰化催化。

B型(histone acetyl transferase type B， HATB)：位于 细胞质中，被认为有一定的细胞管家作用。在细胞质中， 乙酷化新合成的游离组蛋白，然后这些乙酰化的组蛋白 被运输到细胞核内，在那里它们可能会脱乙 酰 化并参与 染色质的组成。

组蛋白乙酰化酶

许多转录辅激活因子具有内源性的 A 型组蛋白乙 酰化酶(histone acetyltransferases， HATs)活性。 目前己被鉴定的HATs有20多种，这些HATs主要 包含以下几个家族 : GNAT (Gcn5-relateed Naeetyltransferases superfamily)超家族，其主要 成员有 Gcn5 、 PCAF 、 Elp3 、 Hatl 和 Hpa2 等 ; MYST (MOZ、Ybf2/Sas3、SAS2和TIP60)家族， 成员主要为 Sas2、 Sas3和 Esa1等 ;P300/CBP家 族 ; 另外还有一些转录因子，如 TAFII250; 核受体 辅助激活物，如ACTR、SRC1等。
第四章 组蛋白修饰
DNA Packing
DNA双螺旋片段
1. 如何将10,000 公里长的蚕
丝 ( 半 径 ~10-5 米)装入一个 篮
形成染色质的 “串珠球”
核小体形成的 30nm染色质纤 丝
球中。
2. 蚕丝的体积： 3.14*10-3m3 3. 折叠、缠绕…
扩展的染色体 片段
中期染色体的 浓缩片段
小体时起连接作用，并赋予染色质以极性。H1有一定的组织
和种属特异性。H1的相对分子质量较大，在进化上也较不保
守，由200 多个氨基酸残基组成。不同生物的 HI 序列变化较 大。在某些组织中，H1被特殊的组蛋白所取代。如成熟的鱼 类和鸟类的红细胞中H1被H5所取代，精细胞中则由精蛋白代 替。
组蛋白的性质和分类
组蛋白乙酰化酶
1.
GNAT超家族
乙酰辅酶 A 和含有赖氨酸 的底物 ( 组蛋白 ) 首先结 合形成一个三元复合物， 然后乙酰辅酶 A 的羰基碳 直接亲核攻击 GNAT 家族 蛋白一个活性谷氨酸位 点(比如酵母Gen5的第 173位谷氨酸 ).进而激活 赖氨酸的 ԑ - 氨基，形成 四面体中间物。这一中 间物再分解成乙酰化赖 氨酸产物 ( 乙酰化组蛋白 ) 和辅酶A。

从组蛋白的球状域伸出的组蛋白 N末端赖氨酸发生 的乙酰化修饰可以通过电荷中和的方式削弱组蛋白DNA或核小体核小体的相互作用，或引起构象的变化， 破坏稳定的核小体结构。

乙酰化修饰后的组蛋白也可以募集其他相关因子 (如转录复合物 ) 进入到一个基因位点，从而影响转 录。

组蛋白乙酰化位点
一、组蛋白的乙酰化

1. 通常发生在蛋白质的赖氨酸(K)上； 2. 可逆的生化反应： A. Histone acetyltransferase，HAT (>30) B. Histone deacetylase, HDAC (18)

3. 分子效应：中和赖氨酸上的正电荷，增加 组蛋白与DNA的排斥力
4. 生物学功能： 基因转录活化 B. DNA损伤修复
核小体的功能

除了在细胞核里面给 DNA之间的紧密结合提供支架之外，核小体对于 转录也有着很重要的调节作用，在转录启动的初期，核小体能阻止 RNA聚合酶接近细胞不需要的成长区域。当细胞的需求发生改变的时 候，染色质重组因子能改变核小体的部位以永续它们的接近。核小体 同时还是染色质边界的标志，通过调节它们中心组蛋白的N-末端能够 携带表型遗传信息。
组蛋白乙酰化酶

（1）Gcn5 Gen5是在嗜热四膜虫中首先发现的与转录相关的A型组蛋 白乙酰化酶，是一个相对分子质量约S5000的多肽，它对 游离的组蛋白能够发挥乙酰化作用。 Gen5 的乙酰化酶活性与细胞的生长、体内转录、体内 Gen5依赖的HIS3启动子的组蛋白乙酷化有直接的关系。 进一步的研究表明， GenS的组蛋白乙酰化酶活性对于体 内PH05启动子区域的染色质重塑有一定影响。 重组Gen5可以强烈乙酰化组蛋白H3，但是对核小体组蛋 白H4的乙酰化能力较弱(虽然单独乙酰化组蛋白H4的能力 较强)。