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组蛋白 H2A、H2B 和 H4 的表观遗传学“编写酶”和“去除酶”

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图表说明:

5 个组蛋白家族 (H1-H5) 分成两大组:核心组蛋白(H2A、H2B、H3 和 H4)和连接组蛋白(H1 和 H5)。组蛋白会经受大量翻译后修饰 (PTM),包括乙酰化、赖氨酸和精氨酸甲基化、瓜氨酸化、磷酸化和泛素化。这些修饰可调节核小体结构和稳定性,以及染色质结合蛋白的募集。在此,我们将集中讨论 H2A、H2B 和 H4 组蛋白及其 PTM。不同类型的酶(称作写入蛋白、读取蛋白和擦除蛋白)会与组蛋白相互作用,从而影响染色质结构和转录。写入蛋白是添加 PTM 的酶,而擦除蛋白则是去除 PTM 的酶。读取蛋白结合 PTM 并调节染色质结构和基因表达变化。本通路探讨组蛋白 H2A、H2B 和组蛋白 H4 的写入蛋白和擦除蛋白,及由其修饰的氨基酸残基。

  1. 组蛋白乙酰转移酶 (HAT) 是会乙酰化赖氨酸残基写入蛋白,包括组蛋白 H2A Lys5、H2B Lys5、12、15、20 和 H4 Lys5、8、12、16。相反,被称为组蛋白脱乙酰酶 (HDAC) 的擦除蛋白会去乙酰化这些残基。赖氨酸残基的乙酰化会中和组蛋白的正电荷,让 DNA 结合蛋白更好地进入 DNA,并激活基因表达。此外,乙酰化会为含溴结构域和 YEAT 结构域的读取蛋白产生结合位点。
  2. 组蛋白赖氨酸甲基转移酶 (KMT) 是将甲基基团添加至赖氨酸残基的写入蛋白,其中被称为组蛋白赖氨酸脱甲基酶 (KDM) 的擦除蛋白会去除这些残基。例如,组蛋白 H4 Lys20 可被单甲基化、二甲基化或三甲基化,并且每种甲基化状态都有不同功能。不像乙酰化,甲基化并不影响组蛋白电荷;相反,它还可以调节对转录很重要的染色质结合蛋白的检测及其与之进行的相互作用。此外,被称作蛋白精氨酸甲基转移酶 (PRMT) 的写入蛋白可单甲基化或二甲基化(对称或非对称)精氨酸残基,包括 H2A Arg 3、H2B Arg11 和 H4 Arg3,从而导致基因激活或抑制。蛋白精氨酸脱氨酶 (PADI) 蛋白可将甲基化精氨酸残基转化为瓜氨酸。赖氨酸和精氨酸残基的甲基化会为含染色质域、MBT 结构域、Tudor 结构域、WD40 结构域和 PHD 指结构的读取蛋白产生结合位点。
  3. 多种激酶和磷酸酶会分别磷酸化和去磷酸化组蛋白上的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基。磷酸化残基倾向于集中在组蛋白尾区的氨基末端,像乙酰化一样,它会减少组蛋白的正电荷。此外,磷酸化残基会为含 14-3-3 结构域的读取蛋白产生结合位点,或为其他读取蛋白遮蔽结合位点。另外,磷酸化组蛋白残基与有丝分裂和减数分裂期间的染色体凝缩高度相关。
  4. 最后,当被称为 E1 激活酶、E2 偶联酶和 E3 连接酶的 3 种特殊酶将含 76 个氨基酸的泛素小分子连接至赖氨酸残基时,会发生组蛋白泛素化。泛素化标记可激活或抑制转录。例如,两个明显的泛素化位点是 H2A Lys119 和 H2B Lys120。多梳阻遏蛋白复合体 PRC1 单泛素化 H2A Lys119 残基会导致基因沉默,而 RNF20/40 复合体泛素化 H2B Lys120 残基则会导致转录激活。

主要文献:

非常感谢哈佛大学医学院麻省总医院的 Johnathan Whetstine 博士审阅此通路。

创建于 2018 年 3 月

  • 激酶激酶
  • 磷酸酶 磷酸酶
  • 转录因子转录因子
  • CaspaseCaspase
  • 受体受体
  • 酶
  • 促凋亡促凋亡
  • 促生存促生存
  • GAP/GEFGAP/GEF
  • GTP 酶GTP 酶
  • G 蛋白G 蛋白
  • 乙酰化酶乙酰化酶
  • 脱乙酰酶脱乙酰酶
  • 核糖体亚基核糖体亚基
  • 直接刺激修饰直接刺激修饰
  • 直接抑制修饰直接抑制修饰
  • 多级刺激修饰多级刺激修饰
  • 多级抑制修饰多级抑制修饰
  • 暂时性刺激修饰暂时性刺激修饰
  • 暂时性抑制修饰暂时性抑制修饰
  • 亚基或裂解活化产物的分离亚基或裂解活化产物的分离
  • 亚基结合亚基结合
  • 转位转位
  • 转录性刺激修饰转录性刺激修饰
  • 转录性抑制修饰转录性抑制修饰
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