Your browser does not have JavaScript enabled and some parts of this website will not work without it.
为了获得Abcam网站的最佳体验,请升级到现代浏览器,例如谷歌浏览器
看看我们的BETA网站,看看我们到目前为止做了什么。
搜索和浏览所选产品
通过通常的分销商购买
如果不正确,请在下面的框中输入您所在的国家/地区,以查看与您所在国家/地区相关的站点信息。
欢迎光临
没有帐户?
定制产品和商业合作伙伴关系,加速您的诊断和治疗计划。
定制产品
与我们合作
获得针对任何研究障碍的建议和支持
查看支撑中心
你的实验一步一步地进行
查看协议
完整的事件细分,包括摘要、演讲者、注册等
查看全局事件日历
查看所有路径
查看所有交互式路径
染色质结构、核小体定位,以及最终进入DNA进行基因转录,在很大程度上由组蛋白控制。每个核小体由两个相同的亚单位组成,每个亚单位包含四个组蛋白:H2A、H2B、H3和H4。同时,H1蛋白作为连接体组蛋白来稳定核小体间DNA,并不构成核小体本身的一部分。
图1:最常见的组蛋白修饰。要了解更多信息,请查看我们的完整信息组蛋白修饰海报
这些组蛋白修饰共同构成了组蛋白密码,它决定了局部基因组区域的转录状态。检查特定区域或整个基因组的组蛋白修饰,可以揭示基因激活状态、启动子、增强子和其他基因调控元件的位置。
乙酰化是最广泛研究的组蛋白修饰之一,因为它是最早发现影响转录调控的组蛋白之一。未修饰的赖氨酸残基带正电,但乙酰化会中和组蛋白上的电荷,从而减少组蛋白与带负电DNA的相互作用。电荷中和导致组蛋白与DNA的相互作用减弱,允许转录因子结合,并显著增加基因表达(Roth等人,2001年)。
组蛋白乙酰化参与细胞周期调节、细胞增殖和凋亡,并可能在调节许多其他细胞过程中发挥重要作用,包括细胞分化、DNA复制和修复、核导入和神经元抑制。组蛋白乙酰化平衡失衡与肿瘤发生和癌症进展有关。
酶调控
乙酰基通过组蛋白乙酰转移酶(HAT)添加到组蛋白H3和H4的赖氨酸残基中,并通过脱乙酰酶(HDAC)去除。组蛋白乙酰化主要针对启动子区域,即启动子定位乙酰化。例如,组蛋白H3(H3K9ac和H3K27ac)上K9和K27的乙酰化通常与活性基因的增强子和启动子有关。在转录基因中也发现了低水平的全局乙酰化,其功能尚不清楚。
将甲基化添加到组蛋白H3和H4的赖氨酸或精氨酸残基中,对转录有不同的影响。精氨酸甲基化促进转录激活(Greer等赖氨酸甲基化与转录激活和抑制有关,这取决于甲基化位点。甲基化与乙酰化不同,它不会改变组蛋白电荷或直接影响组蛋白-DNA的相互作用,这可能解释了这种灵活性。
赖氨酸可以是单甲基、二甲基或三甲基化的,为每个甲基化位点提供进一步的功能多样性。例如,组蛋白H3(H3K4me1和H3K4me3)在K4上的单甲基化和三甲基化都是激活标记,但具有独特的细微差别:H3K4-me1通常标记转录增强子,而H3K4.me3标记基因启动子。同时,K36的三甲基化(H3K36me3)是与基因体转录区相关的激活标记。
相反,组蛋白H3(H3K9me3和H3K27me3)在K9和K27上的三甲基化是具有独特功能的抑制信号:H3K17me3是启动子区域的临时信号,控制胚胎干细胞的发育调节因子,包括Hox和Sox基因。同时,H3K9me3是具有串联重复结构的基因贫乏的染色体区域中异染色质形成的永久信号,如卫星重复序列、端粒和着丝粒周围。它还标记反转录转座子和锌指基因的特定家族(KRAB ZFPs)。这两个标记都在无活性的X染色体上发现,H3K27me3位于基因间和沉默的编码区,H3K9me3主要位于活性基因的编码区。
组蛋白甲基化是通过多个细胞分裂繁殖的稳定标记,多年来被认为是不可逆的。然而,最近发现这是一个积极调节和可逆的过程。
甲基化:组蛋白甲基转移酶(HMTs)
去甲基化:组蛋白去甲基化酶
组蛋白磷酸化是细胞分裂、转录调控和DNA损伤修复过程中染色体凝聚的关键中间步骤(Rossetto等人,2012年,Kschonsak等人,2015年)。与乙酰化和甲基化不同,组蛋白磷酸化在其他组蛋白修饰之间建立相互作用,并作为效应蛋白的平台,导致下游级联事件。
所有核心组蛋白都发生磷酸化反应,对每个组蛋白都有不同的影响。组蛋白H3在丝氨酸10和28处的磷酸化以及组蛋白H2A在T120上的磷酸化参与了染色质的致密化以及有丝分裂期间染色质结构和功能的调节。这些是细胞周期和细胞生长的重要标记,在真核生物中都是保守的。S139处H2AX的磷酸化(产生γH2AX)是DNA损伤修复蛋白的招募点(Lowndes等人,2005年,Pinto等人,2010年),是DNA双链断裂后最早发生的事件之一。H2B磷酸化也不是很好的研究,但发现它促进凋亡相关的染色质浓缩、DNA片段化和细胞死亡(Füllgrabe等人,2010)。
所有组蛋白核心蛋白都可以泛素化,但H2A和H2B是最常见的,并且是细胞核中泛素化程度最高的两种蛋白(Cao等人,2012)。组蛋白泛素化在DNA损伤反应中起着核心作用。
组蛋白H2A、H2B和H2AX的单泛素化发生在DNA双链断裂的位点。最常见的形式是K119上的单泛素化H2A和K123(酵母)/K120(脊椎动物)上的H2B。单泛素化H2A也与基因沉默有关,而H2B也与转录激活有关。
多-泛素化不太常见,但在DNA修复中也很重要——K63上H2A和H2AX的多泛素化为DNA修复蛋白(如RAP80)提供了识别位点。
与其他组蛋白修饰一样,H2A和H2B的单泛素化是可逆的,并受到组蛋白泛素连接酶和双泛素化酶的严格调控。
单泛素化
多泛素化
表1.最常见组蛋白修饰和在哪里可以找到它们:
ChIP使用抗体来分离感兴趣的蛋白质或修饰物,以及与之结合的DNA(图5)。然后将DNA测序并映射到基因组,以确定蛋白质或修饰物的位置和丰度。
图2:组蛋白修饰ChIP抗体直接与修饰组蛋白尾部结合。免疫沉淀和DNA纯化允许分离和鉴定修饰所占据的基因组区域。
在ChIP实验中使用针对特定组蛋白的抗体和组蛋白修饰可以揭示细胞的特定位置
如果组蛋白修饰的功能已知,ChIP可以识别具有该组蛋白修饰特征的特定基因和区域以及基因组中的相应功能。然后可以进一步检查这些基因和区域在感兴趣的生物过程中的作用。例如,使用ChIP对抗H3K4me1,将揭示整个基因组中活性增强子的位置和序列,指向感兴趣的基因和遗传程序。
或者,如果组蛋白修饰的功能未知,ChIP可以用这个特征识别序列、基因和位置,然后可以用它来推断修饰的功能。这项技术在解码大部分组蛋白密码方面起到了关键作用,在确定新发现的修饰(如泛素化和其他新标记)的功能方面仍有价值。
组蛋白修饰是通过特定的酶从组蛋白中动态添加和去除的(表2)。这些写入器和擦除器之间的平衡决定了组蛋白上存在哪些标记,以及在什么水平上存在,以最终控制特定的遗传程序及其协调的细胞过程是开启还是关闭。
表2。组蛋白写入器和擦除器的主要类别:
修改
作家
橡皮擦
乙酰化
组蛋白乙酰转移酶(HAT)
组蛋白脱乙酰酶(HDAC)
甲基化
组蛋白甲基转移酶(HMT/KMT)和蛋白精氨酸甲基转移酶
赖氨酸脱甲基酶(KDM)
磷酸化
激酶类
磷酸酶类
有关组蛋白修饰的读者、作者和橡皮擦的更多详细信息,请参阅我们的表观遗传修饰海报.
识别修改路径和特定的写入器和橡皮擦可以揭示:
对于药物开发工作,可以很容易地筛选化合物对书写器和橡皮擦活性的影响。
总的来说,组蛋白甲基转移酶(HMT)检测方法的开发具有挑战性,由于检测设计的原因,大多数检测方法都存在一些缺陷。典型HMT分析利用三H-SAM作为甲基供体,并测量S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)作为甲基化反应的一般副产物。然而,这需要
Abcam HMT活性分析克服了这些困难,使用检测特定甲基化产物的抗体评估特定HMT的活性,提供:
了解更多关于我们的组蛋白甲基化检测.
组蛋白去甲基酶活性测定通常测量甲醛的形成,甲醛是去甲基化的副产品。因此,它们容易受到洗涤剂、硫醇基团和一系列离子的干扰。与甲基化分析类似,这些分析对任何去甲基化酶都没有特异性,只能用纯化的蛋白质进行。
Abcam的组蛋白脱甲基酶分析通过直接测量脱甲基产物的形成来绕过这些问题,前提是:
了解更多关于我们的组蛋白去甲基化酶测定.
Abcam提供试剂盒,用于分析整体以及H4-特定的HAT活性。这些分析测量了HAT催化乙酰基从乙酰辅酶A供体转移到组蛋白肽的乙酰基转移,组蛋白肽生成乙酰化肽和辅酶A-SH。然后通过比色法或荧光法测量辅酶A-SH副产物:
基于功能和DNA序列相似性,HDAC蛋白质分为四大类(I类、IIA类、IIB类、III类和IV类)。类别I、IIA和IIB被认为是“经典”HDAC,其活性被曲古菌素A(TSA)抑制,而类别III是NAD家族+-依赖蛋白(sirtuins,SIRTs)不受TSA影响。类别IV被认为是一个非典型类别,仅基于与其他类别DNA序列的相似性。
这些类别中的每一类都与不同的细胞程序相关,并且可以使用各种荧光分析单独进行分析。例如,SIRT通常与癌症和神经疾病相关。检测SIRT活性,或识别影响SIRT活性的药物,可能会为这些疾病提供新的诊断或治疗策略。
荧光分析利用乙酰化肽底物及其氨基和羧基末端的荧光团和猝灭剂。一旦底物脱乙酰化,它可以被肽酶裂解,从猝灭剂中释放荧光团。荧光团荧光强度的随后增加与脱乙酰酶活性成正比。
使用小分子抑制这些修饰酶,然后评估下游后果,以探讨组蛋白修饰的参与和生物功能,这可能是有用的。因此,写作者和橡皮擦抑制剂是理解表观遗传修饰途径作用的重要工具。它们对于在学术和工业背景下的临床前研究中验证“可用药”靶点也至关重要。
了解更多有关组蛋白甲基转移酶和去甲基化酶抑制剂范围的信息.
组蛋白修饰直接调节染色质的物理性质及其相应的转录状态(例如,乙酰基排斥带负电荷的DNA以产生开放的染色质构象)或通过称为效应器的蛋白质适配器。效应蛋白识别并结合特定的表观遗传标记,然后利用分子机制改变染色质结构。这些表观遗传读取器通过将组蛋白代码转化为行动来决定组蛋白修饰的功能结果。
效应蛋白通过效应域(称为模块)识别并结合组蛋白修饰标记(表3)。
表3。通过模块或组蛋白结合蛋白识别组蛋白标记:
组蛋白结合或效应器模块
已知组蛋白标记
染色体结构域
H3K4me2/3、H3K9me2/3和H3K27me2/3
都铎王朝
H3K4me3、H4K20me2
MBT公司
H3K4me1、H4K20me1/2、H1K26me1
WD40重复
R2/H3K4me2型
溴代多巴胺
卡克
博士
H3K4、H3K4me3、H3K9me3、K36me3
14-3-3
H3S10ph(小时)
BRCT公司
H2A。XS139型
这些模块通过排列在模块结合囊中的氨基酸识别特定组蛋白修饰。同时,该结合囊外的残基(尤其是N+2和N-2位置的残基)决定了被修饰组蛋白和氨基酸残基的特异性(例如H3K4 vs H4K20)。
结合囊内或外残基的轻微变化允许识别类似的表观遗传标记。例如,效应蛋白可以区分单甲基化、二甲基化或三甲基化状态,但甲基结合模块的结构略有变化。例如,tudor结构域可能只与二甲基或三甲基赖氨酸结合,而PHD指状模块可能与二甲基和三甲基赖胺酸结合,或仅与未修饰的赖氨酸相结合(Rutenburg等人,2007)。
在同一蛋白质和/或蛋白质复合体中经常发现多个组蛋白结合模块,这些模块能够识别组蛋白修饰的特定组合。这使得组蛋白编码更加复杂,组蛋白修饰相互作用,而不是孤立地进行解释。
组蛋白修饰的多价参与对于识别具有复合特异性和增强亲和力的离散标记模式很重要,同时也能够实现多样化和精确的下游作用。例如,一个单一的表观遗传标记(如H3K4me3)可能在一种环境下激活基因转录,但在另一种环境中抑制它,这取决于周围的标记。表4显示了组蛋白修饰不同组合的一些功能关联示例(Rutenburg等人,2007)。
表4.共存组蛋白和DNA修饰的功能关联:
组蛋白标记
染色质状态
H3K4me2/3+H4K16ac
转录活性同源异型基因
H3K4me2/3+H3K9/14/18/23交流
转录活性染色质
H3S10ph+H3K14ac
有丝分裂原刺激转录
H3K4me3+H3K27me3
双价结构域
H3K9me3+H3K27me3+5mC
沉默基因座
H3K27me3+H2AK119ub1
沉默同源基因
H3K9me3+H4K20me3+5mC
异染色质
H3K9me2/3+H4K20me1+H4K27me3+5mC
失活X染色体
蛋白质或复合体中的多个效应器模块可能与相同或跨组蛋白和/或核小体的组蛋白修饰相互作用。这些相互作用可分为以下几类:
核小体内:与同一核小体结合
核小体间:与不同核小体结合
如果你对癌症组蛋白突变感兴趣,请参阅我们的文章组蛋白H3突变体.
Barski,A.、Cuddapah,S.、Cui,K.、Roh,T.Y.、Schones,D.E.、Wang,Z.、Wei,G.、Chepelev,I.和Zhao,K.人类基因组中组蛋白甲基化的高分辨率剖析。Cell 129,823-837(2007)。
Cao,J.&Yan,Q.转录中的组蛋白泛素化和去泛素化、DNA损伤反应和癌症。前面。肿瘤。2, 26 (2012).
Füllgrabe,J.、Hajji,N.和Joseph,B.破解死亡密码:凋亡相关组蛋白修饰。细胞死亡不同。17, 1238–1243 (2010).
Greer,E.L.和Shi,Y.组蛋白甲基化:健康、疾病和遗传的动态标记。Nat.Rev.基因。13, 343–57 (2012).
Kim,J.和Kim,H.H3K27me3和H3K9me3组蛋白修饰的招募和生物后果。ILAR J.53(3-4):232-9(2012)。
Kschonsak,M.&Haering,C.H.塑造有丝分裂染色体:从经典概念到分子机制。生物论文755-766(2015)
Lowndes,N.F.&Toh,G.W.-L.DNA修复:磷酸化组蛋白H2AX的重要性。货币。生物15,R99–R102(2005)。
Pinto,D.M.S.和Flaus,A.组蛋白H2AX的结构和功能。子单元。生物化学。50, 55–78 (2010).
Rossetto,D.,Avvakumov,N.&Cóté,J.组蛋白磷酸化:参与不同核事件的染色质修饰。表观遗传学7,1098–1108(2012)
Roth,S.Y.、Denu,J.M.和Allis,C.D.组蛋白乙酰转移酶。每年。生物化学版。70,81–120(2001年)
Rutenburg,A.J.、Li,H.、Taverna,S.D.、Patel,D.J.和Allis,C.D.通过连接的结合模块进行染色质修饰的多价参与。《自然》杂志分子细胞生物学版。8, (2007)
Voigt,P.、Tee,W.W.和Reinberg,D.对二价启动子的双重接受。《基因发展》27,1318-1338(2013)。