组蛋白甲基化酶及去甲基化酶的研究进展.doc

综述组蛋白甲基化酶及去甲基化酶的研究进展王溪 1,朱卫国 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北京大学医学部生物化学与分子生物学系,北京 100191【摘 要】 组蛋白修饰作为表观遗传中重要的调控机制之一, 在包括基因表达调控等多种生物学过程中起着重要作用。组蛋白甲基转移酶和组蛋白去甲基化酶共 同参与形成和维持不同的组蛋白甲基化状态, 继而通过多种分子参与对组蛋白甲 基化修饰的识别而引起下游过程的发生。本文拟从组蛋白甲基转移酶、组蛋白去 甲基化酶等方面综述这一领域的研究进展。Department of Biochemistry andMolecular Biology, Peking University, Health Science Center, Beijing, 100191P. R. China关键词: 表观遗传; 组蛋白甲基转移酶;组蛋白去甲基化酶中图分类号: R730.2文献标识码: A文章编号: 1000- 467X( 2008) 10- 1018- 08染 色 质 的 基 本 组 成 单 位 为 核 小体 , 每 个 核 小 体 由 146 bp 的 DNA 围 绕 组蛋白八聚体形成, 组蛋白八 聚体由两 个 H2A、H2B、H3 和 H4 亚基组成。通常 组 蛋 白 的 N 末 端 可 发 生 磷 酸 化 、 乙 酰 化、甲基化、泛素化等多种修饰, 继而对 染色质结构以及转录过程发生影响, 使 这 些 位 点 上 的 修 饰 可 以 单 独 或 以 联 合 的 方 式 作 用 于 下过 特 异 性 识 别 甲 基 化 残 基 的 效 应 蛋 白实 现 。 这 些 效 应 蛋 白 可 能 起 到 衔 接 作 用, 也可能自身即是某些重要生命过程 中的关键分子, 继而表现出对染色质功 能的调控。由于每一个赖氨酸残基可以 具 有 单 甲 基 化 、二 甲 基 化 、三 甲 基 化 三 种 形 式 ( 精 氨 酸 残 基 具 有 单 甲 基 化 、对 称及非对称二甲基化三种形式) , 同时通讯作者: 朱卫国Correspondence to: ZHU Wei-GuoTel: 86- 10- 82802235Fax: 86- 10- 82805079E-mail: 基金项目: 国家自然科学基金项目( No.30425017, 30670417) ;国家科技部基金项目( No.2005CB522403,2006AA02Z101)表 1组蛋白精氨酸甲基转移酶游过程。组 蛋 白 的 甲 基 化 通 常 可 发 生在组蛋白 N 末端 的 赖 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) 残基 上 ,最 终 体 现为 包 括 转 录 激活 、 抑 制 等 在 内表 2组蛋白精氨酸去甲基化酶 T a ble 2 Histone a r ginine demethyla se 的 多 种 效 应( 表Name Type Site 14) 。 研 究 认 为组 蛋 白 甲 基 化 修 饰 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 赖 氨 酸 及 精 氨 酸 甲 基 化 的 胺 氧化酶和羟化酶。因而组蛋白的甲基化修 饰 即 存 在 了 甲 基 化 酶 和 去 甲 基 化 酶 动 态调节的潜能, 同时这些甲基化酶和去 甲 基 化 酶 也 参 与 和 影 响 了 与 组 蛋 白 甲 基化标志密切相关的下游效应。表 3Table 3组蛋白赖氨酸甲基转移酶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组蛋白甲基转移酶ESET / SETDB1CLL8MLL1MLL2MLL3MLL4MLL5 hSET1A hSET1B ASH1SET2NSD1SYMD2DOT1LPr- SET7 / 8SUV4- 20H1SUV4- 20H2EZH2SET7 / 9RIZ1H3K9组 蛋 白 甲 基 化 包 括 精 氨 酸 甲 基 化及赖氨酸甲基化, 且通常认为甲基化主 要发生在 H3 和 H4 的 N 末端。其中组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 族的部分成员催化完成, 一型精氨酸甲基转 移 酶CARM1 ( cofactor associatedarginine methyltransferase) , 以 及 PRMT1可 催 化 产 生 单 甲 基 化 和 非 对 称 的 二 甲 基 化 , 与 基 因 的 激 活 相 关 ; 二 型 精 氨 酸 甲基转移酶 PRMT5 可催化产生单甲基Transcriptional activationTranscriptional activationTranscriptional activation Transcriptional repression DNA damage response化以及对称的二甲基化,与基因的抑制有关。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 。组 蛋 白 赖 氨 酸 甲 基 化 主 要 由 包 含 SET 结构域的甲基转移酶催化 完 成 , 亦 有研究报道酵母 中 Dot1 以 及 其 哺 乳 类 同源物 DOT1L 以非 SET 结构域催化甲基化过程 6 。通常 H3K4、H3K36、H3K79的甲基化与染色质的激活区域相关, 而 H3K9、H3K27 及 H4K20 甲 基 化 与 沉 默 的区域有关。其中 H3K4 甲基化酶主要 为 MLL( mixed lineage leukemia) 家 族 蛋H3K27H3K4 / p53 / TAF10H3K9Polycomb silencingTranscriptional repression表 4Table 4组蛋白赖氨酸去甲基化酶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 究报 道 MLL1 和 MLL2 在 发 育 过 程 中 对 于 长 期 维 持 Hox 基 因 的 表 达 形 式 有 重Transcriptional repressionHeterochromatin formationOncogeneInteraction with RbTranscriptional repression要 作 用 ,同 时 在 小 鼠 中 敲 除 MLL1 的SET 结构域后可导致缺陷表型 的 产 生 ,表 明 H3K4 的 甲 基 化 对 于 调 节 表 观 遗 传记忆有重要作用 13 。此外, MLL1 基因 的 重 排 与 儿 童 及 成 人 白 血 病 有 相 互 关 联。研究表明 MLL 家族的甲基转移酶以多蛋白复合体的形式存在并发挥作用,MLL 家族共同且主要的复合体内成员包 括 WDR5、RbBP5 以 及 ASH2 7, 8, 10, 11, 14 。 此 外 , Set9 亦 具 有 组 蛋 白 H3K4 甲 基 化 的活性, 但是这种活性主要体现在体外 实 验 中 15 , 在 体 内 Set9 主 要 催 化 p53Transcriptional activationTranscriptional activation存 在 着 相 近 的 不 同 残 基 上 不 同 甲 基 化状态的组合, 因而也潜在存在不同的效 应蛋白组合, 从而可能引发多种生物学 效应 1- 4 。尽 管 甲 基 化 过 程 被 认 为 是 一 种 稳定状态的修饰, 但近年来对于拮抗甲基 化 或 甲 基 移 除 的 研 究 发 现 了 拮 抗 精 氨 酸甲基化的精氨酸脱亚氨基酶, 以及直的甲基化 16 。H3K9 甲基化在 X 染色体沉默、异 染 色 质 形 成 、DNA 甲 基 化 以 及 转 录 调 控等方面发挥重要作用。该位点的甲基 转 移 酶 主 要 为 SUV39H1、SUV39H2、 Eu-HMTase / GLP、G9A、ESET / SETDB1EZH2 催 化 H3K27 甲 基 化 ,并 通lase 1) 是 以 FAD 为 辅 助 因 子 , 以 甲 醛及 非 甲 基 化 的 赖 氨 酸 残 基 为 产 物 的 组 蛋 白 去 甲 基 化 酶 , 可 以 和 Co-REST、 BHC80、HDAC1 / 2 等 41 蛋 白 形 成 复 合 物共同发挥生物学作用。LSD1 可 识 别H3K4me1 和 H3K4me2 并 使 其 去 甲 基化, Co-REST 自身为染色质 相关的 转 录 抑 制 子 , 与 LSD1 形 成 复 合 物 时 可 以 改 变 LSD1 的 底 物 42, 43 。Co-REST 复 合 物 首 先 被 认 为 可 以 抑 制 非 神 经 元 细 胞 中神经元基因的转录 44 , LSD1 在 Co-REST 的 靶 基 因 上 引 起 H3K4 去 甲 基 化 并 导 致转录抑制 45 。此外, LSD1 和雄激素受 体联合作用可以使 LSD1 成为 H3K9 去 甲 基 化 酶 , 并 成 为 转 录 激 活 子 , 引 起 激 素依赖的转录激活 46, 47 。同时, LSD1 在 雌 激 素 依 赖 的 转 录 调 控 中 也 有 类 似 作用 48 。含 有 JmjC 结 构 域 的 蛋 白 家 族 是 另 一 类 以 Fe ( ii) 和 !- 酮 戊 二 酸 为 辅 因 子 的 去 甲 基 化 酶 , 其 家 族 成 员 可 对 H3K4、H3K9、H3K36 等 多 个 位 点 进 行 去甲基化, 具有广泛的作用。JHDM1A ( JmjC domain-containing过 与 其 他 PcG 蛋 白 形 成 polycomb 抑 制复 合 物 ( PRC) 而 发 挥 作 用 , 其 具 有 转 录 抑制效应, 在胚胎发育以及细胞分化过 程中尤为重要 32, 33 。SET2、SYMD2、NSD1 可 介 导 H3K36 甲 基 化 , 在 S.cerevisiae 中, set2 与延长过程中的RNAPII 相关 34 ; Symd2 的 组 蛋 白 甲 基 转 移 酶 活 性 与 Sin3A 介 导 的 在 活 化 基 因 编 码 区 的 乙 酰化相关, Symd2 可能 通 过 调 节 染 色 质 结构而抑制细胞增殖 35 。NSD1 被认为 在发育过程中有重要作用, 并在人类急 性髓系白血病( AML) 、多重骨髓瘤和肺 癌中表现为突变。H3K36 甲基化的失调 具有致癌性, 且与 NSD1 介导的 Hox-A 转 录 抑 制 有 关 36 。H3K79 的 甲 基 化 酶 DOT1L 是 目 前 发 现 的 唯 一 的 不 具 有 SET 结 构 域 的 赖 氨 酸 甲 基 转 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 结 果 不 尽相同。SUV39H1 和其 fission yeast 中的同 源 物 Clr4 首 先 被 发 现 为 H3K9 特 异 的组蛋白甲基转移酶 17 , 具有组织特异 性 表 达 的 Suv39h2 随 后 亦 被 发 现 18 。 SUV39 催化 H3K9 的三甲基化, 主要 在 异染色质中发挥作用, 参与异染色质的 形 成 以 及 转 录 抑 制 19 。 同 时 SUV39 存 在于常染色质的基因启动子区域, 发挥 抑 制 基 因 表 达 的 作 用 20 。G9A 主 要 发 挥催化 H3K9 二甲 基 化 的 活 性 , 可 以 引 起常染色质区域基因的表达抑制 21 , 现 已发现多种转录因子可以招募 G9A, 从 而引起下游基因的表达失活。使小鼠中 G9a 失 活 可 致 生 长 延 迟 以 及 早 期 胚 胎 死 亡 , 表 明 常 染 色 质 区 域 G9a 介 导 的 H3K9 甲基化对早期胚胎发生有重要意 义 22 。同时 G9a 介导的 H3K9 甲基化可H3K79 可使 HOXA9 表达上调,导致淋巴性转化( leukaemic transformation) 37 。组蛋白去甲基化酶2作 为 HP1!、# 的 结 合 平 台 ,进 而PADI4 ( Protein-arginine deiminasehistone demethylation protein 1A)是 特DNMT1 与 HP1 相 互 作 用 导 致 DNA 甲基 化 的 增 加 23 , depsipeptide 处 理 后 可 引 起 G6A 及 SUV39H1 表 达 的 下 降 , 继 而 使 H3K9me2 / me3 在 基 因 的 启 动 子 区域富集下降, 从而导致 HP1、DNMT1type-4)可以将甲基化的精氨酸转换为异 性 的 H3K36me2 及 H3K36me1 去 甲基 化 酶 。H3K36 甲 基 化 通 常 可 以 定 位 于基因的转录区域, 这一过程与 H3K36瓜 氨 酸 , 但 由 于 并 非 移 除 甲 基 , 故PADI4 并 不 是 严 格 意 义 上 的 去 甲 基 化 酶 38, 39 。PADI4 可特异性地针对单甲基甲基转移酶及 Pol有关,在激活基因化 的 底 物 ,使 精 氨 酸 脱 亚 氨 基 可 以 在的转 录 区 域 的 H3K36 甲 基 化 可 以 招 募转 录 抑 制 子 从 而 抑 制 隐 性 转 录 ( intragenic transcription) 的起始 49- 51 。目 前 还 尚 未 有 JHDM1A 与 染 色 质 、 招 募 之 间 的 报 道 , 但 JHDM1 包 含 有 PHD在这些区域招募下降,引起 DNA 的去和以 及H3R2、H3R8、H3R17H3R26甲基化 24 。另一在常染色质区域发挥作用 的 组 蛋 白 甲 基 转 移 酶 Eu-HMTase 1 /H4R3 上发生 38 。研究报道对于激素诱导 的 基 因 招 募 组 蛋 白 甲 基 转 移 酶 PRMT1 和 CARM1 至 这 些 基 因 的 启 动 子上, 将导致这个区域组蛋白 精氨酸甲GLP 与 E2F-6、Mga、Ma - 等 相 关 ,可 能在 E2F-、Myc - 反 应 基 因 沉 默 的 静 止 期细 胞 中 发 挥 潜 在 作 用 25 , 同 时 GLP 可 与 G9a 形成杂聚肽复合体, 共同作用于 H3K9 的甲基化 26 。ESET / SETDB1 主要 使 常 染 色 质 区 域 的 H3K9 发 生 三 甲 基 化 27 , 并可以与组蛋白乙酰基转移酶 HDAC1 / 2 形 成 复 合 物 。 其 中 SETDB1结 构 域 等 染 色 质 相 关 结 构 域 ,可 能 存基 化 快 速 增 加 并 引 起 转 录 激 活 ,之 后在 与 组 蛋 白 甲 基 化 修 饰 位 点 相 结 合 的潜 能 1, 2, 52, 53 。JHDM2( 主要为 JHDM2A 和 JHDM2B) 是 H3K9 特 异 的 去 甲 基 化 酶 , 可 识 别 H3K9me2 及 H3K9me1 47 。先前有研 究 表 明 JHDM2C 可 与 甲 状 腺 受 体 相 互 作用, 提示 JHDM2C 可能与核激素受体 相关的转录调控有关 54 。此外, 雄激素 受 体 可 以 通 过 配 体 依 赖 的 方 式 与JHDM2A 结合, 在雄激素受 体 之 配 体 存 在的情况下, JHDM2A 被 招 募 到 雄 激 素 受 体 的 靶 基 因 上 引 起 其 转 录 激 活 及 启 动子区域的 H3K9 甲基化水平下降 47 。PADI4 被 招 募 到 上 述 启 动 子 区 域 使 甲基 化 精 氨 酸 残 基 转 化 为 瓜 氨 酸 并 导 致 RNA 聚合酶脱离目的基因 38, 39 。此外, 继精氨酸脱亚氨基之后再次发生的精氨 酸残基甲基化可能对激素诱导的基因表 达开启与关闭有调控作用。除精氨酸脱主 要 可 以 和家 族 成 员CREB、ATFATFa、ETS 家族成员 ERG, 以及 KRAB-ZFP 辅抑制物 KAP-1 三大类转录因子结 合 27, 28 ; SETDB1 亦 可 以 与 HP1、MBD1、亚氨基这种作用之外,真正意义上的精氨 酸 甲 基 转 移 酶 亦 被 发 现 , JMJD6( Jumonji domain-containing protein 6-A)为 包 含 JmjC( Jumonji-C) 结 构 域 的 铁 及DNMT3A / B 结 合 或 形 成 复 合 物 ,并 可能参与转录活性的调控 29, 30 。 此外肿2 - 酮 戊 二 酸 依 赖 的 加 双 氧 酶 ,H3R2、H4R3 进行去甲基化 40 。可 对瘤 抑 制 因 子 RIZ1 也 被 报 道 具 有 催 化H3K9 甲基化的甲基转移酶活性 31 。LSD1(Lysinespecific histonedemethy-可 以 催 化JHDM3A / JMJD2AH3K9me3 / 2 及 H3K36me3 / 2 的 去 甲 基而 引 起 转 录 调 控 的 功 能 59 。JARID1B /PLU-1 在乳腺癌中过 表 达 62 , 并 发 现 为 一 种 转 录 抑 制 子 , JARID1B 介 导 的 H3K4 去 甲 基 化 通 过 抑 制 包 括 BRCA1 在内的抑癌基因, 对于乳腺癌细胞的增 殖 有 重 要 作 用 63 , 同 时 JARID1B 在 前 列腺癌中表达上调, 与雄激素受体及其 转录活性相关 64 , JMJD3 在前列腺癌 中 亦有表达上调, 尤以在转移性前列腺癌 中表达更高 65 。JARID1C 复合物中包含 HDAC1 / 2、G9a 和转录抑制子 REST, 被 认 为 与 REST 介 导 的 神 经 系 统 的 抑 制 性 效 应 有 关 , 可 导 致 X 连 锁 的 精 神 发 育 迟 滞 66 。 此 外 , UTX 作 为 特 异 性 的 H3K27 去甲基化酶亦被发现 67 。3效应蛋白: 识别组蛋白甲基化修饰化 ,从 而 导 致 H3K9me1 及 H3K36me1累 积 55 ; JMJD2B 与 异 染 色 质 的 形 成 有关 56 , JMJD2C / GASC1 在多 种 食 管 鳞 状 上 皮 癌 相 关 细 胞 系 中 高 表 达 , 抑 制对 于 各 种 甲 基 化 修 饰 的 组 蛋 白 如何发挥其效应这一问题, 这些甲基化修 饰 的 组 蛋 白 可 能 是 通 过 招 募 下 游 效 应 蛋 白 , 继 而 参 与 多 种 生 物 学 过 程 , 同 时 这 类 可 以 与 甲 基 化 修 饰 的 组 蛋 白 相 结 合 的 效 应 分 子 大 多 具 有 一 定 的 结 构 基 础 , 统 称 为 染 色 质 相 关 结 构 域 , 主 要 包 括 Royal 超 家 族 的 Chromo、Tudor、MBT 结构域以及 PHD 结构域、WD40 repeats 和 Ankyrin repeats( 表 5) 。然 而 对 于 上 述 可 与 甲 基 化 赖 氨 酸或精氨酸残基相结合的蛋白, 其在功能JMJD2C 可减弱细胞增殖,这一过程可能 和 JMJD2C 去 甲 基 化 减 弱 了 H3K9的 甲 基 化 程 度 及 其 与 HP1 的 作 用 相 关 57 。此外, JMJD2C 通过和 LSD1 的相互作用,共同发挥使 H3K9me1 / 2 / 3 去甲基化的作用, 可刺激雄激素依赖的基因转录 58 。而 JARID1A /RBP2 则 可 以 催 化 H3K4me3 及 H3K4me2 的去甲基化 59- 61 , 同 时 亦 具 有 改 变 H3K4 甲 基 化 状 态 从表 5效应蛋白及其染色质相关结构域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学 中 的 意 义 并 未 完 全 阐 明 。 对 于 MLL复合体, WDR5、RbPB5 和 ASH2 可以以 亚复合体 形 式 存 在 , 而 并 不 与 MLL1 的 SET 结构域直接结合, 其中 WDR5 对于 H3K4me2 有较强的结合能力 68, 69 , 并认 为 WDR5 的 作 用 是 将 H3K4 侧 链 暴 露 在 外 从 而 使 甲 基 化 酶 对 其 进 行 进 一 步甲基化 70 。此外 MLL 复 合 物 还 可 能 包 括其他亚基, 如细胞增殖调控因子 HCF-1 以 及 肿 瘤 抑 制 因 子 menin 8, 10, 11, 71 。 LSD1 复 合 物 中 BHC80 可 以 和 非 甲 基 化的 H3 结合, 被 认 为 可 能 是 LSD1 去 甲基化作用 的下游, 稳定并加强 LSD1 的去甲基化作用 72 , 因此, 可认为 WDR5 和 BHC80 作 为 组 蛋 白 修 饰 的 结 合 蛋 白, 其主要功能在于辅助其复合物中具 有催化作用的酶发挥功能, 或稳定其功 能。另有一些效应蛋白则可作为组蛋白 修 饰 和 下 游 作 用 之 间 不 可 缺 少 的 一 个连接环节, 如 ING2 在 DNA 损伤过程中通 过 识 别而 使反应过程尚未得到明确证明。组 蛋 白 甲 基 转 移 酶 、 去 甲 基 化 酶 以 及 组 蛋 白 修 饰 的 效 应 蛋 白 与 复 合 物 的 存 在 和 发 现 大 大 增 加 了 组 蛋 白 修 饰 及 其 引 发 的 下 游 效 应 的 相 关 性 与 复 杂 性。从组蛋白修饰这一 层面而言, 已有 研 究 表 明 位 于 相 同 或 不 同 残 基 上 的 各 种组蛋白修饰包括甲基化、乙酰 化、磷酸 化 、泛 素 化 等 可 以 相 互 影 响 , 同 一 残H3K4me3mSin3a-HDAC1 复合物 在 增 殖 相 关 基 因 的 启 动子上稳定, 使激活的基因转为抑制, 同 时可以以依赖与 H3K4me3 相互作用的 形 式 调 节 细 胞 针 对 应 急 的 反 应 2 ;53BP1 可 能 直 接 将 组 蛋 白 修 饰 与 DNA 损 伤 修 复 过 程 相 关 联 73 , CHD1 通 过 与 H3K4me3 相互作用, 表明 H3K4 与剪切体 之 间 存 在 关 联 ,从 而 有 利 于 前 体mRNA( pre-mRNA) 的成熟 74 。而 HP1 作基 上 的 不 同 修 饰( cross talk in situ) 多为桥梁,可与多种下游过程如 DNA 甲为相斥作用, 如 H3K9 上 加 甲 基 化 和 乙酰化之间相互排斥 78 , 而不同位点上的 修饰则可能相斥或协同, 目前报道的多 为 甲 基 化 、乙 酰 化 、磷 酸 化 几 种 不 同 修基化等相关联 23 。此外, 亦有如JMJD2A等蛋白, 其可与 H3K4me3 相结合 75 , 并 可 能 以 同 时 或 非 同 时 的 方 式 催 化 H3K9me2 / 3 去 甲 基 化 76 , 以 及 G9A 与饰 之 间 的 相 互 作 用 ,如与HP1GLP 可 以 催 化 H3K9me1 / me2,又 同 时H3K9me3 通 过 Chromo 结 构 域 相 结 合可 以 和 H3K9me1 / me2 结 合 77 , 即 其 本身 具 有 “效 应 蛋 白 ”与 去 甲 基 化 酶 两 种 身份, 而这两者之间可能存在的潜在关 联 或 其 作 为 效 应 蛋 白 是 否 参 与 了 更 多共 同 作 用 于 异 染 色 质 形 成 ,而 H3S10磷 酸 化 可 阻 止 , HP1 与 H3K9me3 的 结合 79, 80 , 此外, PRK1 介导的 H3T11 磷酸 化 可 加 速 JMJD2C 的 去 甲 基 化 过 程 , 继而导致基因激活 81 。类似的修饰之间相互作用也在非组蛋白中发现, 如 p53 第370、372、382 甲 基 化 之 间 的 相 互 影 响 和 排 斥 16, 82, 83 。 此 外 , 也 可 能 存 在 通 过 蛋 白 或 复 合 物 相 互 作 用 而 实 现 的 不 同 位点之间甲基化修饰( 甲基化与去甲基 化 ) 以 及 修 饰 程 度 之 间 的 关 联 , 从 而 可 能 动 态 地 表 述 在 某 一 生 物 学 过 程 中 组 蛋 白 修 饰 发 生 的 先 后 及 组 蛋 白 修 饰 状 态 的 维 持 , 如 对 于 Oct-3 / 4 在 早 期 胚 胎 发生中不可逆抑制的研究表明 , 早期激 活 的 Oct-3 / 4 启 动 子 上 存 在 H3K9 和 H3K14 的乙酰化, 当分化起始时抑制子 与 Oct-3 / 4 启 动 子 相 互 作 用 导 致 瞬 时转 录 抑 制 , 可 能 导 致 G9a 的 结 合 及HDAC 的 招 募 , 使 H3K9 和 K14 去 乙 酰 化继而成为甲基化的底物发生甲基化, 导致稳定的抑制性效应的产生 84 。在组 蛋白修饰层面以上, 由于组蛋白修饰这 一 标志 的变化, 也必然带来其下游的 改变, 包括效应分子的特异性识别以及 组合, 这其中也可能存在动态的触发与 转变, 最终体现在参与了某一特定的效 应过程。对 于 组 蛋 白 修 饰 引 起 的 下 游 效应, 组蛋白修饰状态与转录是现阶段研调控。 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参 考 文 献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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Wysocka J, Allis C D,2003, 421 14 5Coonrod S.Histone arginine methylation and itsdynamic regulation J . Front Biosci ,2006, 11: 344- 355.Martin C and Zhang Y. The diverse functions of histone lysine methylation J . Nat Rev Mol Cell Biol , 2005, 6( 11) : 838- 849.究 的 主 要 方 向 之 一 ,组 蛋 白 甲 基 转 移complex,the analogue of the yeast酶、去甲基化酶以及效应蛋白与转录相关 因 子 的 相 互 作 用 为 组 蛋 白 修 饰 和 转 录调控之间的直接构架, 同时这些过程 中包含了甲基化状态, 以及甲基 化酶及 去 甲 基 化 酶 对 甲 基 化 状 态 的 维 持 与 改 变。对于组蛋白修饰与 DNA 损伤等下 游过程的作用, 则主要体现为效应蛋白 对这两个层面的衔接, 而效应蛋白其自 身 又 往 往 在 下 游 过 程 中 具 有 比 较 重 要 的作用。另有少数研究报道了甲基化及 去 甲 基 化 酶 和 组 蛋 白 修 饰 状 态 在 信 号 转 导 途 径 中 的 作 用 , 在 非 典 型 的 Wnt 途 径 中 Wnt-5a 激 活 NLK ( Nemo