組蛋白甲基化酶及去甲基化酶的研究進(jìn)展.doc

綜述組蛋白甲基化酶及去甲基化酶的研究進(jìn)展王溪 1,朱衛(wèi)國(guó) 1Adva nce s in His toneWANG Xi, ZHU We i-GuoMe thyltra ns fe ra s e s a nd His tone De me thyla s e sABS TRACT:His tone mod ific a tion a s one of the ke y e p ig e ne ticre g ula tioninc lud ingme c ha nis ms p la ys c ritic a l role s in va rious b iolog ic a l p roc e s s e s ,re g ula tion of c hroma tin s truc ture d yna mic s a nd g e ne e xp re s s ion . Both his toneme thyltra ns fe ra s e a nd his tone d e me thyla s e s c ontrib ute to the e s ta b lis hme nt a nd ma inte na nc e of d iffe re nt his tone me thyla tion s ta tus . The e ffe c tors whic hc a n re c og nize his tone me thyla te d s ite s b uild a re la tions hip b e twe e n the s emod ific a tions a nd the ir d own s tre a m p roc e s s e s .This re vie w s umma rize dre c e nt a d va nc e s in his tone me thyltra ns fe ra s e s a nd his tone d e me thyla s e s .KETWORDS : Ep ig e ne tic s ; His tone me thyltra ns fe ra s e ; His tone d e me thyla s e s北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部生物化學(xué)與分子生物學(xué)系,北京 100191【摘 要】 組蛋白修飾作為表觀遺傳中重要的調(diào)控機(jī)制之一, 在包括基因表達(dá)調(diào)控等多種生物學(xué)過(guò)程中起著重要作用。組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去甲基化酶共 同參與形成和維持不同的組蛋白甲基化狀態(tài), 繼而通過(guò)多種分子參與對(duì)組蛋白甲 基化修飾的識(shí)別而引起下游過(guò)程的發(fā)生。本文擬從組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶、組蛋白去 甲基化酶等方面綜述這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展。Department of Biochemistry andMolecular Biology, Peking University, Health Science Center, Beijing, 100191P. R. China關(guān)鍵詞: 表觀遺傳; 組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶;組蛋白去甲基化酶中圖分類號(hào): R730.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1000- 467X( 2008) 10- 1018- 08染 色 質(zhì) 的 基 本 組 成 單 位 為 核 小體 , 每 個(gè) 核 小 體 由 146 bp 的 DNA 圍 繞 組蛋白八聚體形成, 組蛋白八 聚體由兩 個(gè) H2A、H2B、H3 和 H4 亞基組成。通常 組 蛋 白 的 N 末 端 可 發(fā) 生 磷 酸 化 、 乙 酰 化、甲基化、泛素化等多種修飾, 繼而對(duì) 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)錄過(guò)程發(fā)生影響, 使 這 些 位 點(diǎn) 上 的 修 飾 可 以 單 獨(dú) 或 以 聯(lián) 合 的 方 式 作 用 于 下過(guò) 特 異 性 識(shí) 別 甲 基 化 殘 基 的 效 應(yīng) 蛋 白實(shí) 現(xiàn) 。 這 些 效 應(yīng) 蛋 白 可 能 起 到 銜 接 作 用, 也可能自身即是某些重要生命過(guò)程 中的關(guān)鍵分子, 繼而表現(xiàn)出對(duì)染色質(zhì)功 能的調(diào)控。由于每一個(gè)賴氨酸殘基可以 具 有 單 甲 基 化 、二 甲 基 化 、三 甲 基 化 三 種 形 式 ( 精 氨 酸 殘 基 具 有 單 甲 基 化 、對(duì) 稱及非對(duì)稱二甲基化三種形式) , 同時(shí)通訊作者: 朱衛(wèi)國(guó)Correspondence to: ZHU Wei-GuoTel: 86- 10- 82802235Fax: 86- 10- 82805079E-mail: 基金項(xiàng)目: 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目( No.30425017, 30670417) ;國(guó)家科技部基金項(xiàng)目( No.2005CB522403,2006AA02Z101)表 1組蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶游過(guò)程。組 蛋 白 的 甲 基 化 通 常 可 發(fā) 生在組蛋白 N 末端 的 賴 氨 酸 ( K) T a ble 1 Histone a r ginine methyltr a nsfer a se Methyltransferase Type Site Function PRMT1PRMT4( CARM1)PRMT5PRMT7 H4R3Transcriptional activationH3R2, H3R17, H3R26 Transcriptional activationGr ants: National Natural ScienceFoundation of China ( No. 30425017,30670417, 30621002) ; Ministry ofScience and Technology of China( No.2005CB522403 , 2006AA02Z101 ,2006CB910300 and B07001)H3R8, H4R3H4R3Transcriptional repressionImprinting in male germ cell或精氨酸( R) 殘基 上 ,最 終 體 現(xiàn)為 包 括 轉(zhuǎn) 錄 激活 、 抑 制 等 在 內(nèi)表 2組蛋白精氨酸去甲基化酶 T a ble 2 Histone a r ginine demethyla se 的 多 種 效 應(yīng)( 表Name Type Site 14) 。 研 究 認(rèn) 為組 蛋 白 甲 基 化 修 飾 的 作 用 可 能 通PADI4deiminaseH3R2 , H3R8, H3R17 , H3R26, H4R3收稿日期: 2008-06-23修回日期: 2008-07-16JMJD6 demethylase H3R2 , H4R3 接 移 除 賴 氨 酸 及 精 氨 酸 甲 基 化 的 胺 氧化酶和羥化酶。因而組蛋白的甲基化修 飾 即 存 在 了 甲 基 化 酶 和 去 甲 基 化 酶 動(dòng) 態(tài)調(diào)節(jié)的潛能, 同時(shí)這些甲基化酶和去 甲 基 化 酶 也 參 與 和 影 響 了 與 組 蛋 白 甲 基化標(biāo)志密切相關(guān)的下游效應(yīng)。表 3Table 3組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶Histone lysine methyltr ansfer aseK-methyltransferases( KMTs)SiteFunctionKMT1AKMT1B KMT1C KMT1D KMT1E KMT1F KMT2A KMT2B KMT2C KMT2D KMT2E KMT2F KMT2G KMT2H KMT3A KMT3B KMT3C KMT4KMT5A KMT5B KMT5C KMT6KMT7KMT8Suv39H1Suv39H2G9aH3K9H3K9H3K9Heterochromatin formation /silencingHeterochromatin formation /silencing Heterochromatin formation /silencing Heterochromatin formation /silencingTranscriptional repressionEu-HMTase / GLP H3K91組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶ESET / SETDB1CLL8MLL1MLL2MLL3MLL4MLL5 hSET1A hSET1B ASH1SET2NSD1SYMD2DOT1LPr- SET7 / 8SUV4- 20H1SUV4- 20H2EZH2SET7 / 9RIZ1H3K9組 蛋 白 甲 基 化 包 括 精 氨 酸 甲 基 化及賴氨酸甲基化, 且通常認(rèn)為甲基化主 要發(fā)生在 H3 和 H4 的 N 末端。其中組H3K4H3K4H3K4H3K4H3K4H3K4H3K4H3K4H3K36H3K36H3K36 / p53H3K79H4K20H4K20Transcriptional activationTranscriptional activation Transcriptional activation Transcriptional activationTranscriptional activation蛋 白 精 氨 酸 甲 基 化 主 要 由PRMT( protein arginine methyltransferase) 家 族的部分成員催化完成, 一型精氨酸甲基轉(zhuǎn) 移 酶CARM1 ( cofactor associatedarginine methyltransferase) , 以 及 PRMT1可 催 化 產(chǎn) 生 單 甲 基 化 和 非 對(duì) 稱 的 二 甲 基 化 , 與 基 因 的 激 活 相 關(guān) ; 二 型 精 氨 酸 甲基轉(zhuǎn)移酶 PRMT5 可催化產(chǎn)生單甲基Transcriptional activationTranscriptional activationTranscriptional activation Transcriptional repression DNA damage response化以及對(duì)稱的二甲基化,與基因的抑制有關(guān)。CARM1 主要引起 H3R2、H3R17、H3R26 以 及 H2A 的 甲 基 化 , PRMT1 主 要引起 H4R3 的甲基化, 而 PRMT5 可引 起 H3R8 及 H4R3 的甲基化 5 。組 蛋 白 賴 氨 酸 甲 基 化 主 要 由 包 含 SET 結(jié)構(gòu)域的甲基轉(zhuǎn)移酶催化 完 成 , 亦 有研究報(bào)道酵母 中 Dot1 以 及 其 哺 乳 類 同源物 DOT1L 以非 SET 結(jié)構(gòu)域催化甲基化過(guò)程 6 。通常 H3K4、H3K36、H3K79的甲基化與染色質(zhì)的激活區(qū)域相關(guān), 而 H3K9、H3K27 及 H4K20 甲 基 化 與 沉 默 的區(qū)域有關(guān)。其中 H3K4 甲基化酶主要 為 MLL( mixed lineage leukemia) 家 族 蛋H3K27H3K4 / p53 / TAF10H3K9Polycomb silencingTranscriptional repression表 4Table 4組蛋白賴氨酸去甲基化酶Histone lysine demethylaseK-demethylases( KDMs)SiteFunctionKDM1LSD1 / BHC110H3K4me1 / 2, H3K9me1 / 2Transcriptional activation /repression,heterochromatin formationKDM2AKDM2B KDM3A KDM3B KDM4A KDM4BKDM4CKDM4D KDM5AKDM5B KDM5C KDM5D KDM6AKDM6BJHDM1A / FBXL11JHDM1B / FBXL10JHDM2A JHDM2BJMJD2A / JHDM3A JMJD2B JMJD2CJMJD2D JARID1A / RBP2JARID1B / PLU- 1JARID1C / SMCX JARID1D / SMCY UTXJMJD3H3K36me1 / 2H3K36me1 / 2H3K9me1 / 2H3K9meH3K9 / K36me2 / 3H3K9 / K36me2 / 3H3K9 / K36me2 / 3H3K4me2 / 3H3K4me1 / 2 / 3H3K4me2 / 3H3K4me2 / 3H3K27me2 / 3H3K27me2 / 3白 , 包 括MLL1、MLL2、MLL3、MLL4、AR-related activationSET1A 和 SET1B 以 及 ASH1 7- 12 。 研 究報(bào) 道 MLL1 和 MLL2 在 發(fā) 育 過(guò) 程 中 對(duì) 于 長(zhǎng) 期 維 持 Hox 基 因 的 表 達(dá) 形 式 有 重Transcriptional repressionHeterochromatin formationOncogeneInteraction with RbTranscriptional repression要 作 用 ,同 時(shí) 在 小 鼠 中 敲 除 MLL1 的SET 結(jié)構(gòu)域后可導(dǎo)致缺陷表型 的 產(chǎn) 生 ,表 明 H3K4 的 甲 基 化 對(duì) 于 調(diào) 節(jié) 表 觀 遺 傳記憶有重要作用 13 。此外, MLL1 基因 的 重 排 與 兒 童 及 成 人 白 血 病 有 相 互 關(guān) 聯(lián)。研究表明 MLL 家族的甲基轉(zhuǎn)移酶以多蛋白復(fù)合體的形式存在并發(fā)揮作用,MLL 家族共同且主要的復(fù)合體內(nèi)成員包 括 WDR5、RbBP5 以 及 ASH2 7, 8, 10, 11, 14 。 此 外 , Set9 亦 具 有 組 蛋 白 H3K4 甲 基 化 的活性, 但是這種活性主要體現(xiàn)在體外 實(shí) 驗(yàn) 中 15 , 在 體 內(nèi) Set9 主 要 催 化 p53Transcriptional activationTranscriptional activation存 在 著 相 近 的 不 同 殘 基 上 不 同 甲 基 化狀態(tài)的組合, 因而也潛在存在不同的效 應(yīng)蛋白組合, 從而可能引發(fā)多種生物學(xué) 效應(yīng) 1- 4 。盡 管 甲 基 化 過(guò) 程 被 認(rèn) 為 是 一 種 穩(wěn)定狀態(tài)的修飾, 但近年來(lái)對(duì)于拮抗甲基 化 或 甲 基 移 除 的 研 究 發(fā) 現(xiàn) 了 拮 抗 精 氨 酸甲基化的精氨酸脫亞氨基酶, 以及直的甲基化 16 。H3K9 甲基化在 X 染色體沉默、異 染 色 質(zhì) 形 成 、DNA 甲 基 化 以 及 轉(zhuǎn) 錄 調(diào) 控等方面發(fā)揮重要作用。該位點(diǎn)的甲基 轉(zhuǎn) 移 酶 主 要 為 SUV39H1、SUV39H2、 Eu-HMTase / GLP、G9A、ESET / SETDB1EZH2 催 化 H3K27 甲 基 化 ,并 通lase 1) 是 以 FAD 為 輔 助 因 子 , 以 甲 醛及 非 甲 基 化 的 賴 氨 酸 殘 基 為 產(chǎn) 物 的 組 蛋 白 去 甲 基 化 酶 , 可 以 和 Co-REST、 BHC80、HDAC1 / 2 等 41 蛋 白 形 成 復(fù) 合 物共同發(fā)揮生物學(xué)作用。LSD1 可 識(shí) 別H3K4me1 和 H3K4me2 并 使 其 去 甲 基化, Co-REST 自身為染色質(zhì) 相關(guān)的 轉(zhuǎn) 錄 抑 制 子 , 與 LSD1 形 成 復(fù) 合 物 時(shí) 可 以 改 變 LSD1 的 底 物 42, 43 。Co-REST 復(fù) 合 物 首 先 被 認(rèn) 為 可 以 抑 制 非 神 經(jīng) 元 細(xì) 胞 中神經(jīng)元基因的轉(zhuǎn)錄 44 , LSD1 在 Co-REST 的 靶 基 因 上 引 起 H3K4 去 甲 基 化 并 導(dǎo) 致轉(zhuǎn)錄抑制 45 。此外, LSD1 和雄激素受 體聯(lián)合作用可以使 LSD1 成為 H3K9 去 甲 基 化 酶 , 并 成 為 轉(zhuǎn) 錄 激 活 子 , 引 起 激 素依賴的轉(zhuǎn)錄激活 46, 47 。同時(shí), LSD1 在 雌 激 素 依 賴 的 轉(zhuǎn) 錄 調(diào) 控 中 也 有 類 似 作用 48 。含 有 JmjC 結(jié) 構(gòu) 域 的 蛋 白 家 族 是 另 一 類 以 Fe ( ii) 和 !- 酮 戊 二 酸 為 輔 因 子 的 去 甲 基 化 酶 , 其 家 族 成 員 可 對(duì) H3K4、H3K9、H3K36 等 多 個(gè) 位 點(diǎn) 進(jìn) 行 去甲基化, 具有廣泛的作用。JHDM1A ( JmjC domain-containing過(guò) 與 其 他 PcG 蛋 白 形 成 polycomb 抑 制復(fù) 合 物 ( PRC) 而 發(fā) 揮 作 用 , 其 具 有 轉(zhuǎn) 錄 抑制效應(yīng), 在胚胎發(fā)育以及細(xì)胞分化過(guò) 程中尤為重要 32, 33 。SET2、SYMD2、NSD1 可 介 導(dǎo) H3K36 甲 基 化 , 在 S.cerevisiae 中, set2 與延長(zhǎng)過(guò)程中的RNAPII 相關(guān) 34 ; Symd2 的 組 蛋 白 甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 活 性 與 Sin3A 介 導(dǎo) 的 在 活 化 基 因 編 碼 區(qū) 的 乙 ?；嚓P(guān), Symd2 可能 通 過(guò) 調(diào) 節(jié) 染 色 質(zhì) 結(jié)構(gòu)而抑制細(xì)胞增殖 35 。NSD1 被認(rèn)為 在發(fā)育過(guò)程中有重要作用, 并在人類急 性髓系白血病( AML) 、多重骨髓瘤和肺 癌中表現(xiàn)為突變。H3K36 甲基化的失調(diào) 具有致癌性, 且與 NSD1 介導(dǎo)的 Hox-A 轉(zhuǎn) 錄 抑 制 有 關(guān) 36 。H3K79 的 甲 基 化 酶 DOT1L 是 目 前 發(fā) 現(xiàn) 的 唯 一 的 不 具 有 SET 結(jié) 構(gòu) 域 的 賴 氨 酸 甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 。 DOT1L 可被招募到 MLL-AF10 融合蛋白 的 靶 基 因 如 HOXA9 上 , DOT1L 甲 基 化以 及 RIZ1,其 催 化 的 底 物 和 結(jié) 果 不 盡相同。SUV39H1 和其 fission yeast 中的同 源 物 Clr4 首 先 被 發(fā) 現(xiàn) 為 H3K9 特 異 的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶 17 , 具有組織特異 性 表 達(dá) 的 Suv39h2 隨 后 亦 被 發(fā) 現(xiàn) 18 。 SUV39 催化 H3K9 的三甲基化, 主要 在 異染色質(zhì)中發(fā)揮作用, 參與異染色質(zhì)的 形 成 以 及 轉(zhuǎn) 錄 抑 制 19 。 同 時(shí) SUV39 存 在于常染色質(zhì)的基因啟動(dòng)子區(qū)域, 發(fā)揮 抑 制 基 因 表 達(dá) 的 作 用 20 。G9A 主 要 發(fā) 揮催化 H3K9 二甲 基 化 的 活 性 , 可 以 引 起常染色質(zhì)區(qū)域基因的表達(dá)抑制 21 , 現(xiàn) 已發(fā)現(xiàn)多種轉(zhuǎn)錄因子可以招募 G9A, 從 而引起下游基因的表達(dá)失活。使小鼠中 G9a 失 活 可 致 生 長(zhǎng) 延 遲 以 及 早 期 胚 胎 死 亡 , 表 明 常 染 色 質(zhì) 區(qū) 域 G9a 介 導(dǎo) 的 H3K9 甲基化對(duì)早期胚胎發(fā)生有重要意 義 22 。同時(shí) G9a 介導(dǎo)的 H3K9 甲基化可H3K79 可使 HOXA9 表達(dá)上調(diào),導(dǎo)致淋巴性轉(zhuǎn)化( leukaemic transformation) 37 。組蛋白去甲基化酶2作 為 HP1!、# 的 結(jié) 合 平 臺(tái) ,進(jìn) 而PADI4 ( Protein-arginine deiminasehistone demethylation protein 1A)是 特DNMT1 與 HP1 相 互 作 用 導(dǎo) 致 DNA 甲基 化 的 增 加 23 , depsipeptide 處 理 后 可 引 起 G6A 及 SUV39H1 表 達(dá) 的 下 降 , 繼 而 使 H3K9me2 / me3 在 基 因 的 啟 動(dòng) 子 區(qū)域富集下降, 從而導(dǎo)致 HP1、DNMT1type-4)可以將甲基化的精氨酸轉(zhuǎn)換為異 性 的 H3K36me2 及 H3K36me1 去 甲基 化 酶 。H3K36 甲 基 化 通 常 可 以 定 位 于基因的轉(zhuǎn)錄區(qū)域, 這一過(guò)程與 H3K36瓜 氨 酸 , 但 由 于 并 非 移 除 甲 基 , 故PADI4 并 不 是 嚴(yán) 格 意 義 上 的 去 甲 基 化 酶 38, 39 。PADI4 可特異性地針對(duì)單甲基甲基轉(zhuǎn)移酶及 Pol有關(guān),在激活基因化 的 底 物 ,使 精 氨 酸 脫 亞 氨 基 可 以 在的轉(zhuǎn) 錄 區(qū) 域 的 H3K36 甲 基 化 可 以 招 募轉(zhuǎn) 錄 抑 制 子 從 而 抑 制 隱 性 轉(zhuǎn) 錄 ( intragenic transcription) 的起始 49- 51 。目 前 還 尚 未 有 JHDM1A 與 染 色 質(zhì) 、 招 募 之 間 的 報(bào) 道 , 但 JHDM1 包 含 有 PHD在這些區(qū)域招募下降,引起 DNA 的去和以 及H3R2、H3R8、H3R17H3R26甲基化 24 。另一在常染色質(zhì)區(qū)域發(fā)揮作用 的 組 蛋 白 甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 Eu-HMTase 1 /H4R3 上發(fā)生 38 。研究報(bào)道對(duì)于激素誘導(dǎo) 的 基 因 招 募 組 蛋 白 甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 PRMT1 和 CARM1 至 這 些 基 因 的 啟 動(dòng) 子上, 將導(dǎo)致這個(gè)區(qū)域組蛋白 精氨酸甲GLP 與 E2F-6、Mga、Ma - 等 相 關(guān) ,可 能在 E2F-、Myc - 反 應(yīng) 基 因 沉 默 的 靜 止 期細(xì) 胞 中 發(fā) 揮 潛 在 作 用 25 , 同 時(shí) GLP 可 與 G9a 形成雜聚肽復(fù)合體, 共同作用于 H3K9 的甲基化 26 。ESET / SETDB1 主要 使 常 染 色 質(zhì) 區(qū) 域 的 H3K9 發(fā) 生 三 甲 基 化 27 , 并可以與組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶 HDAC1 / 2 形 成 復(fù) 合 物 。 其 中 SETDB1結(jié) 構(gòu) 域 等 染 色 質(zhì) 相 關(guān) 結(jié) 構(gòu) 域 ,可 能 存基 化 快 速 增 加 并 引 起 轉(zhuǎn) 錄 激 活 ,之 后在 與 組 蛋 白 甲 基 化 修 飾 位 點(diǎn) 相 結(jié) 合 的潛 能 1, 2, 52, 53 。JHDM2( 主要為 JHDM2A 和 JHDM2B) 是 H3K9 特 異 的 去 甲 基 化 酶 , 可 識(shí) 別 H3K9me2 及 H3K9me1 47 。先前有研 究 表 明 JHDM2C 可 與 甲 狀 腺 受 體 相 互 作用, 提示 JHDM2C 可能與核激素受體 相關(guān)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān) 54 。此外, 雄激素 受 體 可 以 通 過(guò) 配 體 依 賴 的 方 式 與JHDM2A 結(jié)合, 在雄激素受 體 之 配 體 存 在的情況下, JHDM2A 被 招 募 到 雄 激 素 受 體 的 靶 基 因 上 引 起 其 轉(zhuǎn) 錄 激 活 及 啟 動(dòng)子區(qū)域的 H3K9 甲基化水平下降 47 。PADI4 被 招 募 到 上 述 啟 動(dòng) 子 區(qū) 域 使 甲基 化 精 氨 酸 殘 基 轉(zhuǎn) 化 為 瓜 氨 酸 并 導(dǎo) 致 RNA 聚合酶脫離目的基因 38, 39 。此外, 繼精氨酸脫亞氨基之后再次發(fā)生的精氨 酸殘基甲基化可能對(duì)激素誘導(dǎo)的基因表 達(dá)開(kāi)啟與關(guān)閉有調(diào)控作用。除精氨酸脫主 要 可 以 和家 族 成 員CREB、ATFATFa、ETS 家族成員 ERG, 以及 KRAB-ZFP 輔抑制物 KAP-1 三大類轉(zhuǎn)錄因子結(jié) 合 27, 28 ; SETDB1 亦 可 以 與 HP1、MBD1、亞氨基這種作用之外,真正意義上的精氨 酸 甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 亦 被 發(fā) 現(xiàn) , JMJD6( Jumonji domain-containing protein 6-A)為 包 含 JmjC( Jumonji-C) 結(jié) 構(gòu) 域 的 鐵 及DNMT3A / B 結(jié) 合 或 形 成 復(fù) 合 物 ,并 可能參與轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控 29, 30 。 此外腫2 - 酮 戊 二 酸 依 賴 的 加 雙 氧 酶 ,H3R2、H4R3 進(jìn)行去甲基化 40 ?？?對(duì)瘤 抑 制 因 子 RIZ1 也 被 報(bào) 道 具 有 催 化H3K9 甲基化的甲基轉(zhuǎn)移酶活性 31 。LSD1(Lysinespecific histonedemethy-可 以 催 化JHDM3A / JMJD2AH3K9me3 / 2 及 H3K36me3 / 2 的 去 甲 基而 引 起 轉(zhuǎn) 錄 調(diào) 控 的 功 能 59 。JARID1B /PLU-1 在乳腺癌中過(guò) 表 達(dá) 62 , 并 發(fā) 現(xiàn) 為 一 種 轉(zhuǎn) 錄 抑 制 子 , JARID1B 介 導(dǎo) 的 H3K4 去 甲 基 化 通 過(guò) 抑 制 包 括 BRCA1 在內(nèi)的抑癌基因, 對(duì)于乳腺癌細(xì)胞的增 殖 有 重 要 作 用 63 , 同 時(shí) JARID1B 在 前 列腺癌中表達(dá)上調(diào), 與雄激素受體及其 轉(zhuǎn)錄活性相關(guān) 64 , JMJD3 在前列腺癌 中 亦有表達(dá)上調(diào), 尤以在轉(zhuǎn)移性前列腺癌 中表達(dá)更高 65 。JARID1C 復(fù)合物中包含 HDAC1 / 2、G9a 和轉(zhuǎn)錄抑制子 REST, 被 認(rèn) 為 與 REST 介 導(dǎo) 的 神 經(jīng) 系 統(tǒng) 的 抑 制 性 效 應(yīng) 有 關(guān) , 可 導(dǎo) 致 X 連 鎖 的 精 神 發(fā) 育 遲 滯 66 。 此 外 , UTX 作 為 特 異 性 的 H3K27 去甲基化酶亦被發(fā)現(xiàn) 67 。3效應(yīng)蛋白: 識(shí)別組蛋白甲基化修飾化 ,從 而 導(dǎo) 致 H3K9me1 及 H3K36me1累 積 55 ; JMJD2B 與 異 染 色 質(zhì) 的 形 成 有關(guān) 56 , JMJD2C / GASC1 在多 種 食 管 鱗 狀 上 皮 癌 相 關(guān) 細(xì) 胞 系 中 高 表 達(dá) , 抑 制對(duì) 于 各 種 甲 基 化 修 飾 的 組 蛋 白 如何發(fā)揮其效應(yīng)這一問(wèn)題, 這些甲基化修 飾 的 組 蛋 白 可 能 是 通 過(guò) 招 募 下 游 效 應(yīng) 蛋 白 , 繼 而 參 與 多 種 生 物 學(xué) 過(guò) 程 , 同 時(shí) 這 類 可 以 與 甲 基 化 修 飾 的 組 蛋 白 相 結(jié) 合 的 效 應(yīng) 分 子 大 多 具 有 一 定 的 結(jié) 構(gòu) 基 礎(chǔ) , 統(tǒng) 稱 為 染 色 質(zhì) 相 關(guān) 結(jié) 構(gòu) 域 , 主 要 包 括 Royal 超 家 族 的 Chromo、Tudor、MBT 結(jié)構(gòu)域以及 PHD 結(jié)構(gòu)域、WD40 repeats 和 Ankyrin repeats( 表 5) 。然 而 對(duì) 于 上 述 可 與 甲 基 化 賴 氨 酸或精氨酸殘基相結(jié)合的蛋白, 其在功能JMJD2C 可減弱細(xì)胞增殖,這一過(guò)程可能 和 JMJD2C 去 甲 基 化 減 弱 了 H3K9的 甲 基 化 程 度 及 其 與 HP1 的 作 用 相 關(guān) 57 。此外, JMJD2C 通過(guò)和 LSD1 的相互作用,共同發(fā)揮使 H3K9me1 / 2 / 3 去甲基化的作用, 可刺激雄激素依賴的基因轉(zhuǎn)錄 58 。而 JARID1A /RBP2 則 可 以 催 化 H3K4me3 及 H3K4me2 的去甲基化 59- 61 , 同 時(shí) 亦 具 有 改 變 H3K4 甲 基 化 狀 態(tài) 從表 5效應(yīng)蛋白及其染色質(zhì)相關(guān)結(jié)構(gòu)域Table 5 Effector s and chr omatin -r elated domainsDomainPTMProteinRoyalfamilyChromodomainDouble chromodomainChromo barrelTudorDouble / tandem tudorMBT repeatsH3K9me2 / 3, H3K27me2 / 3H3K4me1 / 2 / 3H3K36me2 / 3Rme2H3K4me3, H4K20me3, H4K20me1 / 2H4K20me1 / 2, H1K26me1 / 2, H3K4me1, H3K9me1 / 2H3K4me3, H3K4me0, H3K9me3, H3K36me3HP1CHD1MRG15JMJD2A( H3K4me3) 53BP1 ( H4K20me1 / 2)L3MBTL1BPTF ( H3K4me2 /3) Yng1p ( H3K4me2 /3) ING2( H3K4me2 /3) BHC80 ( H3K4me0)WDR5G9A, GLPPHD fingerWD40 repeatsAnkyrin repeatsH3R2, H3K4me2H3K9me1 / 2學(xué) 中 的 意 義 并 未 完 全 闡 明 。 對(duì) 于 MLL復(fù)合體, WDR5、RbPB5 和 ASH2 可以以 亞復(fù)合體 形 式 存 在 , 而 并 不 與 MLL1 的 SET 結(jié)構(gòu)域直接結(jié)合, 其中 WDR5 對(duì)于 H3K4me2 有較強(qiáng)的結(jié)合能力 68, 69 , 并認(rèn) 為 WDR5 的 作 用 是 將 H3K4 側(cè) 鏈 暴 露 在 外 從 而 使 甲 基 化 酶 對(duì) 其 進(jìn) 行 進(jìn) 一 步甲基化 70 。此外 MLL 復(fù) 合 物 還 可 能 包 括其他亞基, 如細(xì)胞增殖調(diào)控因子 HCF-1 以 及 腫 瘤 抑 制 因 子 menin 8, 10, 11, 71 。 LSD1 復(fù) 合 物 中 BHC80 可 以 和 非 甲 基 化的 H3 結(jié)合, 被 認(rèn) 為 可 能 是 LSD1 去 甲基化作用 的下游, 穩(wěn)定并加強(qiáng) LSD1 的去甲基化作用 72 , 因此, 可認(rèn)為 WDR5 和 BHC80 作 為 組 蛋 白 修 飾 的 結(jié) 合 蛋 白, 其主要功能在于輔助其復(fù)合物中具 有催化作用的酶發(fā)揮功能, 或穩(wěn)定其功 能。另有一些效應(yīng)蛋白則可作為組蛋白 修 飾 和 下 游 作 用 之 間 不 可 缺 少 的 一 個(gè)連接環(huán)節(jié), 如 ING2 在 DNA 損傷過(guò)程中通 過(guò) 識(shí) 別而 使反應(yīng)過(guò)程尚未得到明確證明。組 蛋 白 甲 基 轉(zhuǎn) 移 酶 、 去 甲 基 化 酶 以 及 組 蛋 白 修 飾 的 效 應(yīng) 蛋 白 與 復(fù) 合 物 的 存 在 和 發(fā) 現(xiàn) 大 大 增 加 了 組 蛋 白 修 飾 及 其 引 發(fā) 的 下 游 效 應(yīng) 的 相 關(guān) 性 與 復(fù) 雜 性。從組蛋白修飾這一 層面而言, 已有 研 究 表 明 位 于 相 同 或 不 同 殘 基 上 的 各 種組蛋白修飾包括甲基化、乙酰 化、磷酸 化 、泛 素 化 等 可 以 相 互 影 響 , 同 一 殘H3K4me3mSin3a-HDAC1 復(fù)合物 在 增 殖 相 關(guān) 基 因 的 啟 動(dòng)子上穩(wěn)定, 使激活的基因轉(zhuǎn)為抑制, 同 時(shí)可以以依賴與 H3K4me3 相互作用的 形 式 調(diào) 節(jié) 細(xì) 胞 針 對(duì) 應(yīng) 急 的 反 應(yīng) 2 ;53BP1 可 能 直 接 將 組 蛋 白 修 飾 與 DNA 損 傷 修 復(fù) 過(guò) 程 相 關(guān) 聯(lián) 73 , CHD1 通 過(guò) 與 H3K4me3 相互作用, 表明 H3K4 與剪切體 之 間 存 在 關(guān) 聯(lián) ,從 而 有 利 于 前 體mRNA( pre-mRNA) 的成熟 74 。而 HP1 作基 上 的 不 同 修 飾( cross talk in situ) 多為橋梁,可與多種下游過(guò)程如 DNA 甲為相斥作用, 如 H3K9 上 加 甲 基 化 和 乙?；g相互排斥 78 , 而不同位點(diǎn)上的 修飾則可能相斥或協(xié)同, 目前報(bào)道的多 為 甲 基 化 、乙 酰 化 、磷 酸 化 幾 種 不 同 修基化等相關(guān)聯(lián) 23 。此外, 亦有如JMJD2A等蛋白, 其可與 H3K4me3 相結(jié)合 75 , 并 可 能 以 同 時(shí) 或 非 同 時(shí) 的 方 式 催 化 H3K9me2 / 3 去 甲 基 化 76 , 以 及 G9A 與飾 之 間 的 相 互 作 用 ,如與HP1GLP 可 以 催 化 H3K9me1 / me2,又 同 時(shí)H3K9me3 通 過(guò) Chromo 結(jié) 構(gòu) 域 相 結(jié) 合可 以 和 H3K9me1 / me2 結(jié) 合 77 , 即 其 本身 具 有 “效 應(yīng) 蛋 白 ”與 去 甲 基 化 酶 兩 種 身份, 而這兩者之間可能存在的潛在關(guān) 聯(lián) 或 其 作 為 效 應(yīng) 蛋 白 是 否 參 與 了 更 多共 同 作 用 于 異 染 色 質(zhì) 形 成 ,而 H3S10磷 酸 化 可 阻 止 , HP1 與 H3K9me3 的 結(jié)合 79, 80 , 此外, PRK1 介導(dǎo)的 H3T11 磷酸 化 可 加 速 JMJD2C 的 去 甲 基 化 過(guò) 程 , 繼而導(dǎo)致基因激活 81 。類似的修飾之間相互作用也在非組蛋白中發(fā)現(xiàn), 如 p53 第370、372、382 甲 基 化 之 間 的 相 互 影 響 和 排 斥 16, 82, 83 。 此 外 , 也 可 能 存 在 通 過(guò) 蛋 白 或 復(fù) 合 物 相 互 作 用 而 實(shí) 現(xiàn) 的 不 同 位點(diǎn)之間甲基化修飾( 甲基化與去甲基 化 ) 以 及 修 飾 程 度 之 間 的 關(guān) 聯(lián) , 從 而 可 能 動(dòng) 態(tài) 地 表 述 在 某 一 生 物 學(xué) 過(guò) 程 中 組 蛋 白 修 飾 發(fā) 生 的 先 后 及 組 蛋 白 修 飾 狀 態(tài) 的 維 持 , 如 對(duì) 于 Oct-3 / 4 在 早 期 胚 胎 發(fā)生中不可逆抑制的研究表明 , 早期激 活 的 Oct-3 / 4 啟 動(dòng) 子 上 存 在 H3K9 和 H3K14 的乙?；? 當(dāng)分化起始時(shí)抑制子 與 Oct-3 / 4 啟 動(dòng) 子 相 互 作 用 導(dǎo) 致 瞬 時(shí)轉(zhuǎn) 錄 抑 制 , 可 能 導(dǎo) 致 G9a 的 結(jié) 合 及HDAC 的 招 募 , 使 H3K9 和 K14 去 乙 酰 化繼而成為甲基化的底物發(fā)生甲基化, 導(dǎo)致穩(wěn)定的抑制性效應(yīng)的產(chǎn)生 84 。在組 蛋白修飾層面以上, 由于組蛋白修飾這 一 標(biāo)志 的變化, 也必然帶來(lái)其下游的 改變, 包括效應(yīng)分子的特異性識(shí)別以及 組合, 這其中也可能存在動(dòng)態(tài)的觸發(fā)與 轉(zhuǎn)變, 最終體現(xiàn)在參與了某一特定的效 應(yīng)過(guò)程。對(duì) 于 組 蛋 白 修 飾 引 起 的 下 游 效應(yīng), 組蛋白修飾狀態(tài)與轉(zhuǎn)錄是現(xiàn)階段研調(diào)控。 10Hughes C M, Rozenblatt-Rosen O,Milne T A, et al. Menin associates with a trithorax family histone methyltransferase complex and with the hoxc8 locus J . Mol Cell , 2004, 13 ( 4) : 587- 597.Yokoyama A, Wang Z, Wysocka J, etal. Leukemia proto-oncoprotein MLL參 考 文 獻(xiàn)Wysocka J, Swigut T, Xiao H, et al. A PHD finger of NURF couples histone H3 lysine 4 trimethylation with 1 11chromatin remodelling J .2006, 442( 7098) : 86- 90.Nature,formsaSET1-likehistone 2Shi X, Hong T, Walter K L,et al.methyltransferase complex with meninto regulate Hox gene expression J . Mol Cell Biol , 2004, 24 ( 13 ) : 5639 -5649.Glaser S, Schaft J, Lubitz S, et al. Multiple epigenetic maintenance factors implicated by the loss of Mll2 in mouse development J . 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