组蛋白修饰资料教程
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章 组蛋白修饰
DNA Packing
1. 如何将10,000公里长的蚕 丝(半径~10-5米)装入一个篮 球中。
2. 蚕丝的体积：3.14*10-3m3 3. 折叠、缠绕…
染色体上不同的区域
Euchromatin: 常染色质； 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，染色质重塑复 合物的协同作用。
joining(NHEJ) A) 完整的DNA序列； B)双链断裂； C) NHEJ因子: (D) 修复因子与(E) 染色质重塑因子； F) 染色质重塑的构型 G) 增大NHEJ局部浓度； H) 直至修复
HDACs
1. Class I：HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8 (定位于细 胞核)
Classical HDACs
HDAC复合物
乙酰化与去乙酰化
转录因子招募HDAC抑制基因表达； 招募HAT复合物激活基因表达。
HDAC Inhibitor
1. 主要针对Classical HDACs；
2. 激活保护性基因的表达 3. 抗肿瘤新药
二、组蛋白的甲基化
1. 主要发生在赖氨酸(K)或精氨酸(R)上； 2. Long-term； 3. HKMTs (histone lysine methyltransferases) vs. PRMTs (protein arginine methyltransferases) 4. 可逆的生化反应? 5. 分子效应：增加赖氨酸上的疏水力 6. 生物学功能：
常染色质与异染色质
1. 常染色质：基因表达 活跃的区域，染色体结 构较为疏松 2. 异染色质：基因表达 沉默的区域，染色体结 构致密
核小体
常染色质
异染色质
组蛋白
• 有五种类型：H1 、H2A 、H2B 、H3 、H4 • 富含带正电荷的碱性氨基酸（Arg和Lys）, 能
够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用 • 是一类小分子碱性蛋白质 • 组蛋白是已知蛋白质中最保守的
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
蛋白质乙酰化调控基因转录
A. 乙酰化转录因子，使之与 DNA结合能力增强；
DNA的排斥力 4. 生物学功能： A. 基因转录活化 B. DNA损伤修复
组蛋白的乙酰化
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
HATs：转乙酰基酶
Br, bromodomain;
Gcn5/PCAF
Nr, nuclear receptorinteracting
2. Class II：HDAC4, HDAC5, HDAC6,HDAC7A, HDAC9, HDAC10 (能够在细胞核与胞质间转运)
3. Class III：Sirtuins (SIRT1, SIRT2, SIRT3,SIRT4, SIRT5, SIRT6, SIRT7)
4. Class IV：HDAC11
Histone variants
组蛋白修饰
组蛋白修饰（2）
主要的功能基团
Acetyl Methyl Phosphoryl Ubiquitin
Epigenetic differences：monozygotic twins
5mC
H4 乙酰化
H3 乙酰化
组蛋白共价修饰的功能
基因转录、DNA损伤修复、DNA复制、染色体凝聚等
box;
CH, cysteine/histidinerich
module;
KIX, phospho-CREB
interacting module;
Q, glutamine-rich domain.
p300/CBP
具有保守的HAT结构域
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
人类IFN-β基因的激活
A. DNA code: 序列模体、甲基化 模式
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。
组蛋白乙酰化：DNA repair
1. DNA损伤修复： A. Homologous recombination(HR) B. Nonhomologous end-
A. 基因转录活化 B. 基因转录沉默 C. X染色体失活 D. 异染色质致密状态(heterochromatin compaction)
精氨酸和赖氨酸甲基化的过程
赖氨酸甲基化
1. Mono-, di- or tri- methylation 2. H3K9 & H3K27的tri- methylation是沉默的异染色质的 主要特征 3. H3K9的di- methylation对于常染色质的基因表达是必 需的 4. H4K20的tri- methylation是癌症中的一个普遍现象 5. 有丝分裂期间，在动粒(centromere)附近的H3K9的
内容纲要
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 六、组蛋白密码
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
trimethylation负责保证染色体顺利完成分裂 6. 在活化基因的5’端和启动子区域，甲基化出现的模式
为： A. H4K20的mono- methylation B. H3K4的di- or tri- methylation C. H3K79的di- methylation
DNA Packing
1. 如何将10,000公里长的蚕 丝(半径~10-5米)装入一个篮 球中。
2. 蚕丝的体积：3.14*10-3m3 3. 折叠、缠绕…
染色体上不同的区域
Euchromatin: 常染色质； 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，染色质重塑复 合物的协同作用。
joining(NHEJ) A) 完整的DNA序列； B)双链断裂； C) NHEJ因子: (D) 修复因子与(E) 染色质重塑因子； F) 染色质重塑的构型 G) 增大NHEJ局部浓度； H) 直至修复
HDACs
1. Class I：HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8 (定位于细 胞核)
Classical HDACs
HDAC复合物
乙酰化与去乙酰化
转录因子招募HDAC抑制基因表达； 招募HAT复合物激活基因表达。
HDAC Inhibitor
1. 主要针对Classical HDACs；
2. 激活保护性基因的表达 3. 抗肿瘤新药
二、组蛋白的甲基化
1. 主要发生在赖氨酸(K)或精氨酸(R)上； 2. Long-term； 3. HKMTs (histone lysine methyltransferases) vs. PRMTs (protein arginine methyltransferases) 4. 可逆的生化反应? 5. 分子效应：增加赖氨酸上的疏水力 6. 生物学功能：
常染色质与异染色质
1. 常染色质：基因表达 活跃的区域，染色体结 构较为疏松 2. 异染色质：基因表达 沉默的区域，染色体结 构致密
核小体
常染色质
异染色质
组蛋白
• 有五种类型：H1 、H2A 、H2B 、H3 、H4 • 富含带正电荷的碱性氨基酸（Arg和Lys）, 能
够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用 • 是一类小分子碱性蛋白质 • 组蛋白是已知蛋白质中最保守的
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
蛋白质乙酰化调控基因转录
A. 乙酰化转录因子，使之与 DNA结合能力增强；
DNA的排斥力 4. 生物学功能： A. 基因转录活化 B. DNA损伤修复
组蛋白的乙酰化
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
HATs：转乙酰基酶
Br, bromodomain;
Gcn5/PCAF
Nr, nuclear receptorinteracting
2. Class II：HDAC4, HDAC5, HDAC6,HDAC7A, HDAC9, HDAC10 (能够在细胞核与胞质间转运)
3. Class III：Sirtuins (SIRT1, SIRT2, SIRT3,SIRT4, SIRT5, SIRT6, SIRT7)
4. Class IV：HDAC11
Histone variants
组蛋白修饰
组蛋白修饰（2）
主要的功能基团
Acetyl Methyl Phosphoryl Ubiquitin
Epigenetic differences：monozygotic twins
5mC
H4 乙酰化
H3 乙酰化
组蛋白共价修饰的功能
基因转录、DNA损伤修复、DNA复制、染色体凝聚等
box;
CH, cysteine/histidinerich
module;
KIX, phospho-CREB
interacting module;
Q, glutamine-rich domain.
p300/CBP
具有保守的HAT结构域
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
人类IFN-β基因的激活
A. DNA code: 序列模体、甲基化 模式
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。
组蛋白乙酰化：DNA repair
1. DNA损伤修复： A. Homologous recombination(HR) B. Nonhomologous end-
A. 基因转录活化 B. 基因转录沉默 C. X染色体失活 D. 异染色质致密状态(heterochromatin compaction)
精氨酸和赖氨酸甲基化的过程
赖氨酸甲基化
1. Mono-, di- or tri- methylation 2. H3K9 & H3K27的tri- methylation是沉默的异染色质的 主要特征 3. H3K9的di- methylation对于常染色质的基因表达是必 需的 4. H4K20的tri- methylation是癌症中的一个普遍现象 5. 有丝分裂期间，在动粒(centromere)附近的H3K9的
内容纲要
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 六、组蛋白密码
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
trimethylation负责保证染色体顺利完成分裂 6. 在活化基因的5’端和启动子区域，甲基化出现的模式
为： A. H4K20的mono- methylation B. H3K4的di- or tri- methylation C. H3K79的di- methylation