《分子生物学》研究生课件第八章 基因表达的表观遗传学调控

2023年1月10日基因表达的表观遗传调控

（epigeneticsofgeneexpression）

侯琳一、基因表达是指基因转录及翻译的过程基因组(genome)来自一个生物体的一整套遗传物质。是基因转录及翻译的过程，即：生成具有生物学功能产物的过程。基因表达(geneexpression)基因表达是受调控的。二、基因表达具有时间特异性和空间特异性（一）时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性(temporalspecificity)。

多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stagespecificity)。（二）空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cellortissuespecificity)。在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性(spatialspecificity)。三、基因表达的方式及调节存在很大差异按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：基本（或组成性）表达诱导或阻遏表达（一）基本（或组成性）表达某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因(housekeepinggene)。无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基因表达(constitutivegeneexpression)。（二）适应性表达在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因(induciblegene)。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。

如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因(repressiblegene)。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)。在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinateexpression)，这种调节称为协调调节(coordinateregulation)。基因表达调控呈现多层次和复杂性基因表达的多级调控基因激活拷贝数重排甲基化程度转录起始转录后加工mRNA降解蛋白质翻译翻译后加工修饰蛋白质降解等转录起始生物遗传信息表达正确与否，既受控于DNA

序列，又受制于表观遗传学信息。表观遗传学主要通过DNA

修饰、蛋白质修饰与非编码RNA

调控3

个层面上调控基因表达。2023年1月10日112023年1月10日11表观遗传学发展历史1939年，WaddingtonCH首先在《现代遗传学导论》中提出了epigenetics这一术语。1942年定义为生物学的分支，研究基因与决定表型的基因产物之间的因果关系。1975年，HollidyR对表观遗传学进行了较为准确的描述。1996年JamesG

Herman和StephenBBaylin

发明MSP技术，并发现肿瘤细胞中抑癌基因启动子区CpG呈高甲基化状态。2023年1月10日12概述表观遗传学（epigenetics）

：指在DNA序列不发生改变的情况下，基因的表达水平与功能发生改变，并产生可遗传的表型。可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传；可逆性的基因表达调节，也有较少的学者描述为基因活性或功能的改变；没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来解释。2023年1月10日12ASymphonicExample2023年1月10日14概述表观遗传学的研究内容：基因转录后的调控基因组中非编码RNA微小RNA（miRNA）反义RNA基因选择性转录表达的调控DNA甲基化组蛋白共价修饰染色质重塑基因印记X染色体失活2023年1月10日142023年1月10日15概述2023年1月10日15遗传与表观遗传2023年1月10日16概述2023年1月10日16基因组与表观基因组经组织归类的信息2023年1月10日172023年1月10日表观遗传学机制DNA甲基化117组蛋白修饰2染色质重塑3RNA调控4DNA甲基化1一、DNA甲基化（DNAmethylation）甲基化是指生物分子在特定的酶系统催化下加上甲基（-CH3）的生物化学反应，是普遍存在原核生物和真核生物中的DNA

修饰作用。甲基化没有改变基因序列，但对基因表达起调控作用。在哺乳动物DNA

分子中，甲基化一般发生在胞嘧啶（C）碱基上。在DNA

甲基转移酶（DNAmethyltransferases,DNMTs）催化下，甲基从S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethione）转移至胞嘧啶5

位上，形成5-

甲基胞嘧啶（m5C）。2023年1月10日19一、DNA甲基化2023年1月10日

DNA甲基化(DNAmethylation)是研究得最清楚、也是最重要的表观遗传修饰形式，主要是基因组DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基间的共价结合，胞嘧啶由此被修饰为5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5mC)。DNMT1SAM胞嘧啶5-甲基胞嘧啶胞嘧啶甲基化反应

19S-腺苷甲硫氨酸DNA序列中的四种碱基/核苷DEAMINATIONDeamination:去氨基化反应AnenzymetoremoveitfromDNA:uracil-N-glycosylase.2023年1月10日22一、DNA甲基化（DNAmethylation）在发生甲基化的胞嘧啶后通常紧跟着一个鸟嘌呤（G）碱基。因此，通常称胞嘧啶-

磷酸-

鸟嘌呤或CpG

的甲基化。在基因组中富含CpG

位点的区域称为CpG

岛（CpGislands），其大小为1000-2000bp，人基因组序列约有29,000CpG岛，约60%的人基因与CpG

岛关联。

基因调控元件(如启动子)所含CpG岛中的5mC会阻碍转录因子复合体与DNA的结合。DNA甲基化一般与基因沉默相关联；非甲基化一般与基因的活化相关联；而去甲基化往往与一个沉默基因的重新激活相关联。2023年1月10日22甲基化所致的转录抑制的可能机制直接干扰机制(1)脊椎动物基因的甲基化状态有三种：（1）高度甲基化状态,

如女性两条X

染色体中的一条处于失活状态；（2）持续的低甲基化状态,

如细胞存活所需的一直处于活性转录状态的管家基因；（3）去甲基化状态,

如生物发育的某一阶段或细胞分化的某种状态下，原先处于甲基化状态的基因，也可以被诱导去除甲基化，而出现转录活性。健康人基因组中，CpG岛中的CpG位点通常是处于非甲基化状态，而在CpG岛外的CpG

位点则通常是甲基化的。这种甲基化的形式在细胞分裂的过程中能够稳定的保留。当肿瘤发生时，抑癌基因CpG岛以外的CpG

序列非甲基化程度增加，而CpG

岛中的CpG

则呈高度甲基化状态，以致于染色体螺旋程度增加及抑癌基因表达的丢失。2023年1月10日27一、DNA甲基化2023年1月10日275’3’CpG岛主要处于基因5’端调控区域。启动子区域的CpG岛一般是非甲基化状态的，其非甲基化状态对相关基因的转录是必须的。目前认为基因调控元件（如启动子）的CpG岛中发生5mC修饰会在空间上阻碍转录因子复合物与DNA的结合。因而DNA甲基化一般与基因沉默相关联。Rb基因CpG

频率两种甲基化酶

DNA甲基化转移酶(DNAmethyltransferase,DNMT),真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：一种被称为日常型（maintenance）甲基转移酶，另一种是从头合成（denovosynthesis）甲基转移酶。前者主要在甲基化母链（模板链）指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。二、真核生物的DNA甲基转移酶1.哺乳动物:DNMT1,DNMT3A,DNMT3B，DNMT3L,DNMT22.拟南芥：DRM2,MET1，DNMT2,CMT33.粗糙脉孢菌(Neurospora

crassa):DIM2,dim-5,RIDDNA甲基转移酶哺乳动物的DNA甲基转移酶◄daughterstrand◄daughterstrandDNMT1:maintenancemethyltransferasesDNMT3A&DNMT3B:denovo

methyltransferases–胚胎移植过程中高表达DNA甲基化与去甲基化DNA甲基化状态通过从头甲基化、维持甲基化和去甲基化3个过程受到调节。在不同组织或同一类型细胞的不同发育阶段，基因组DNA各CpG位点甲基化状态的差异构成基因组DNA甲基化谱，组织特异的DNA甲基化谱是哺乳动物基因组的显著特征。Dnmt3a&Dnmt3b对哺乳动物的发育至关重要三、DNA去甲基化1.DNA去甲基化(DNAdemethylation):5甲基胞嘧啶(5mC)替代成胞嘧啶的过程2.两种方式(1)主动去甲基化(ActiveDNAdemethylation)A.Bonafide

demethylationB.Indirectdemethylation(2)复制相关的去甲基化(Replication-coupledDNAdemethylation)ActiveDNAdemethylation1.5-甲基胞嘧啶去甲基化酶将5-甲基胞嘧啶水解成胞嘧啶2.5-甲基胞嘧啶/DNA糖基化酶将5-甲基胞嘧啶从磷酸二脂键骨架中切除，然后通过内切酶修复5-甲基胞嘧啶去甲基化酶5-甲基胞嘧啶/DNA糖基化酶四、DNA甲基转移酶抑制剂1.核苷类DNA甲基转移酶抑制剂2.非核苷类DNA甲基转移酶抑制剂(五)DNA甲基化与肿瘤

现已明确DNA的甲基化与肿瘤的发生有着密切的联系，DNA甲基化在肿瘤的发生和发展中扮演着极其重要的角色，其异常是通过影响癌基因和抑瘤基因的表达以及基因组的稳定性而参与肿瘤的发生和发展的。

近来人们发现肿瘤细胞的总基因组甲基化水平比正常细胞低，但是伴有某些特定CpG岛甲基化程度的增高。抑癌基因的高度广泛甲基化使DNA发生转录抑制，抑癌基因的不能表达参与了肿瘤的发生。近年来，癌基因和抑癌基因的甲基化与肿瘤的发生和发展之间的关系已成为肿瘤研究的另一热点。

癌基因的低甲基化和抑癌基因的高甲基化

肿瘤细胞的总体甲基化水平比正常细胞低，这是癌变早期的一种分子异常现象。基因组范围的DNA低甲基化会增加染色体的不稳定性，促使原来处于沉默状态的基因如生长促进基因，特别是原癌基因的表达，促进细胞恶性转化。多种癌基因如c-raf、c-myc、c-fos等在肿瘤组织中普遍低甲基化，且随着肿瘤的发展低甲基化程度愈发明显，那些原癌基因甲基化程度更低的肿瘤表现出更大的恶性侵袭能力。

在肿瘤细胞总体甲基化水平降低的同时也伴有某些CpG岛甲基化程度升高，主要表现为调控基因启动子的异常甲基化，由此导致的调控基因的沉默是癌症产生的重要途径。如在循环系统的肿瘤细胞中就发现许多基因的过度甲基化，这导致肿瘤抑制基因、DNA修复基因和转移抑制基因的失活，并使这些基因成为突变靶点，失去对细胞周期和细胞分化的控制。

许多肿瘤细胞的p53基因由于其启动子区域(-199~+142bp)中15个CpG位点的甲基化而失去转录活性。肿瘤转移抑制基因Ecadhersn在乳腺癌和前列腺癌中的低表达也是启动子区高甲基化的结果。

DNA甲基化对生命过程非常重要，它是为人所熟知的基因外遗传信号。目前在肿瘤和基因紊乱性遗传病中，DNA甲基化处于中心环节，而且治疗的可能性也很明确，因为突变过程是经常发生的，而甲基化过程是可逆转的。

DNA甲基化与癌

DNA甲基化在肿瘤形成中起作用的假设已提出很多年。大量的研究显示肿瘤细胞中DNA甲基转移酶的活性出现异常，细胞中常有总DNA甲基转移酶活性增加，正常甲基化位点中的甲基化广泛丢失，更多区域的高甲基化。DNA甲基化可能以下列机制中的一种或多种对肿瘤形成起作用。

DNA甲基化与临床

DNA甲基化可作为肿瘤标记物

DNA甲基化可作为治疗的目标

DNA甲基化与药物耐受的逆转

DNA甲基化可作为肿瘤标记物

1、肿瘤早期诊断：不同的人体组织发现，肌肉或者肝脏中的同一种基因，其甲基化模式差异却非常明显。这一研究结果为DNA甲基化在不同组织上具有不同模式提供了“确定性的证据”。这也为肿瘤的早期诊断提供了一定的依据。而肿瘤早期诊断对肿瘤治疗非常重要。

以前肿瘤诊断主要集中在肿瘤特异性DNA的鉴定、分析。如抑癌基因的突变，由于突变位点的不确定性，限制了对肿瘤的广泛筛选。相比而言，DNA甲基化对肿瘤的诊断很有用，因为对于某一肿瘤，DNA甲基化变化不存在个体差异。利用MSP（methylation-specificPCR）就可建立一种高度敏感而且普遍实用的诊断方法。

肿瘤特异性DNA早期检测可利用非原发位点的标本，例如肺癌患者可以检测痰标本、前列腺癌患者可以检测尿标本。肿瘤患者血清还可以检测到大量的肿瘤DNA。令人兴奋的是肺癌患者痰标本和癌组织，二个甲基化标记物中总有一个出现阳性，而且现有方法临床确诊的3年前，痰液里就可以检测到该肿瘤特异性甲基化变化。

2、DNA甲基化状态分析还可用于肿瘤的预测。血清游离肿瘤DNA，是肿瘤治疗监测的一种手段，而游离DNA甲基化检测同样可作为肿瘤形成过程和药物治疗的监测手段。DNA甲基化可作为治疗的目标

虽然遗传性与外遗传机制对肿瘤的形成有相同的地位，由于对肿瘤形成的基本原理的差异，抗肿瘤治疗也就有潜在的意义。首先，遗传性的变化是固定的，基因的失活是不可逆转的，外遗传变化不影响基因序列，因而是可逆的。外遗传所致的基因失活可以从两个不同方面减轻：抑制DNA甲基化和抑制组蛋白的脱乙酰基作用。

在体外，DNA甲基化和组蛋白脱乙酰基作用的抑制剂可以调节基因的转录活性。DNA甲基化特异性抑制剂5’-AzaDc在实验中得到广泛的应用，在临床上已用于对急性白血病和脊髓发育不良的治疗。DNA甲基化抑制剂最大的缺陷是缺乏特异性，它可导致处于抑制状态的基因恢复活性，从而限制甲基化抑制剂的应用。特异性DNA甲基化抑制剂的研究就显得很重要。

DNA甲基化与药物耐受的逆转

化疗药物广泛用于肿瘤的治疗，但其固有的或获得性的药物耐受对肿瘤治疗的有效性具有不可预知性。如果知道药物耐受的细胞和分子机制，就可以设计和使用相应的化疗药物。药物耐受通过DNA甲基化作用而逆转，这也可能为一条有效途径。

多种化疗药物是通过感应细胞的生理性死亡程序如凋亡而对易感细胞起作用，因此，反常基因的激活和凋亡可能是药物耐受的主要机制。一个显著的例子就是细胞毒素性药物如阿霉素和顺铂的耐受与凋亡相关蛋白caspase-8的减少相关，采用5’-AzaDc治疗，使caspase-8启动子脱甲基化，caspase-8重新表达，那么可以恢复化疗的敏感性。

问题与展望

低甲基化激活原癌基因、高甲基化使肿瘤抑制基因转录失活等因素均可导致肿瘤形成。DNA甲基化的选择性调节在临床上可以用来预防和治疗癌。最近已经将DNA甲基化和组蛋白去乙酰基作用两种整体机制联系起来作进一步研究。

DNA甲基化对肿瘤形成的作用是多方面的、多层次的、多角度的，真正阐明

DNA甲基化和组蛋白去乙酰基与肿瘤的关系，还需了解各种机制之间的关系。DNA甲基化和组蛋白修饰的研究对肿瘤的形成、早期诊断、治疗、药物耐受和预防开辟了一条新的道路。2023年1月10日58二、组蛋白修饰组蛋白修饰是表观遗传研究的重要内容。组蛋白的N端是不稳定的，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，这种修饰往往与基因的表达调控密切相关。被组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组蛋白的修饰状态，使其与DNA的结合由紧变松，这样靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重要的染色体结构维持单元和基因表达的负控制因子。2023年1月10日582023年1月10日59二、组蛋白修饰（histonemodification）2023年1月10日59DNAPacking1.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*10-3m33.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(ChromatinRemodeling)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。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，染色体结构致密常染色质异染色质核小体组蛋白与核小体组蛋白•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Histonevariants组蛋白修饰组蛋白修饰（2）2023年1月10日69二、组蛋白修饰2023年1月10日69主要的功能基团AcetylMethylPhosphorylUbiquitinEpigeneticdifferences：monozygotictwins5mCH4乙酰化H3乙酰化内容纲要一、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DNA的排斥力4.生物学功能：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HDACs1.ClassI：HDAC1,HDAC2,HDAC3,HDAC8(定位于细胞核)2.ClassII：HDAC4,HDAC5,HDAC6,HDAC7A,HDAC9,HDAC10(能够在细胞核与胞质间转运)3.ClassIII：Sirtuins(SIRT1,SIRT2,SIRT3,SIRT4,SIRT5,SIRT6,SIRT7)4.ClassIV：HDAC11HDACInhibitor1.主要针对ClassicalHDACs；2.激活保护性基因的表达3.抗肿瘤新药赖氨酸引入乙酰基乙酰基转移酶去乙酰化酶组蛋白乙酰化对染色质结构及

基因转录的影响

组蛋白乙酰化引起染色质结构改变及基因转录活性变化的机制：①组蛋白尾部赖氨酸残基的乙酰化能够使组蛋白携带正电荷量减少，降低其与带负电荷的DNA链的亲和性，导致局部DNA与组蛋白八聚体解开缠绕，从而促使参与转录调控的各种蛋白因子与DNA特异序列结合，进而发挥转录调控作用；

②组蛋白的Ｎ末端尾巴可与参与维持染色质高级结构的多种蛋白质相互作用，更加稳定了核小体的结构。而组蛋白乙酰化却减弱了上述作用，阻碍了核小体装配成规则的高级结构（如螺线管）；③组蛋白乙酰基转移酶对相关的转录因子或活化因子进行乙酰化修饰以调节基因的表达。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(histonelysinemethyltransferases)vs.PRMTs(proteinargininemethyltransferases)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：

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(heterochromatincompaction)精氨酸和赖氨酸甲基化的过程目前发现24个组蛋白甲基化位点，其中17个位于赖氨酸，其他7个位于精氨酸。赖氨酸可以是单甲基化、双甲基化和三甲基化，精氨酸也可以是单甲基化或者双甲基化。如果把这3种甲基化状态都考虑在内，应该一共有3×1011种组蛋白甲基化组合状态，复杂的组合为组蛋白甲基化发挥功能调控作用提供更大的潜能。

赖氨酸甲基化1.Mono-,di-ortri-methylation2.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-ortri-methylation

C.H3K79的di-methylation组蛋白赖氨酸甲基化与转录RNApolymeraseII(PolII)定位到基因启动子区域，与H3K4&H3K36的甲基转移酶Set1,Set2&Dot1相互作用；Activator(Act)招募Rad6-Bre1复合物，并加载到PolII上Rad6-Bre1泛素化H2B，促使H3K4和H3K79的甲基化；转录延长过程中，PolII的Ser2被磷酸化，促使Set1分离下来；第一轮转录后，基因被标记为H3K4,H3K36&H3K79甲基化H3K4被Chd1识别后结合，招募SAGA复合物；SAGA复合物乙酰化组蛋白转录保持激活

哈佛大学的分子生物学家施洋及其同事在2004年12月16日的《细胞》杂志网络版上报告：他们发现了一种组蛋白去甲基酶，命名为"赖氨酸特异性去甲基酶1(LSD1)"(lysine-specificdemethylase1)。这种酶能使某种组蛋白尾部的一个氨基酸--赖氨酸失去甲基。某些类型的白血病、结肠癌等疾病，被认为可能与错误的甲基化过程有关，组蛋白去甲基酶可能成为颇有潜力的药物标靶。

甲基转移酶去甲基酶使组蛋白失去甲基ShiYJ,LanF,MatsonC,etal.Histone

demethylation

mediatedbythenuclearamineoxidase

homologLSD1.Cell,2004,119(7):941～953JmjcproteinsJHDM1A:H3K36的去甲基酶,mono-&dirJHDM2:H3K9的去甲基酶,mono-&dirJHDM3/JMJD2:H3K9orH3K36的di-&tri-me组蛋白甲基化的遗传PC:Polycomb；招募PRC2/EZH2，甲基化子染色质上的H3K27;PR-SET7:H4K20特异性的转甲基酶，通过未知蛋白质，修饰子染色质上的H4K20表观遗传信息的传递！三、组蛋白的磷酸化1.磷酸化：丝氨酸(S)/苏氨酸(T)2.转录调控：H3K10被Rsk-2磷酸化3.H4S1的磷酸化：异染色质的形成4.DNArepair:H2AX(组蛋白2A变异体)磷酸化H3的磷酸化1.H3K10和H3K28的磷酸化H3的磷酸化1.IKKα磷酸化H3K10，促进NF-κB的表达；2.MSK1&MSK2:促进c-fos&c-jun的表达H3磷酸化的功能：基因表达H4S1的磷酸化常染色质的H4S1被磷酸化之后

A.直接形成致密的异染色质；

B.招募HP1，形成异染色质；

C.促使组蛋白异构体的替换。H2AX的磷酸化1.UV…使得DNA发生双链断裂；2.激活ATM/ATR，磷酸化许多底物，包括H2AX;3.H2AX招募NuA4和Cohesin复合物；4.NuA4乙酰化DSB附近的组蛋白，招募INO80，分别进行单链的修复；5.修复完毕，招募Tip60踢走H2AX四、组蛋白的泛素化1.通常发生在赖氨酸(K)上；2.可逆的生化反应：

A.E1,E2&E3

B.DUBs3.分子效应：小蛋白质，可能改变底物的结构4.生物学功能：H2B的泛素化A.H2B的泛素化平衡组蛋白H3K4和H3K36的甲基化水平Ubiquitination五、组蛋白的SUMO化1.通常发生在赖氨酸(K)上；2.可逆的生化反应：

A.E1,E2,&E3

B.SENPs3.生物学功能：

A.转录沉默

B.抑制组蛋白的乙酰化和甲基化组蛋白的SUMO化1.H2A,H2B,H3,&H4都可能被SUMO化修饰；2.酵母中，H2AK126，H2BK6/K7,orK16/K17可能被SUMO化修饰Act招募HAT，激活转录。Act可能招募E2/E3，使组蛋白SUMO化，削弱转录。Rep招募HDAC，组蛋白去乙酰化/招募HMT，甲基化组蛋白。招募HP1，形成异染色质。六、组蛋白密码Histonecode:Thehistonecodehypothesispredictsthatthepost-translationalmodificationsofhistones,aloneorincombination,functiontodirectspecificanddistinctDNA-templatedprograms.组蛋白密码染色体的多级折叠过程中，需要DNA同组蛋白(H3、H4、H2Ａ、H2B和H1)结合在一起。研究中，人们发现组蛋白在进化中是保守的，但它们并不是通常认为的静态结构。组蛋白在翻译后的修饰中会发生改变，从而提供一种识别的标志，为其它蛋白与DNA的结合产生协同或拮抗效应，它是一种动态转录调控成分，称为组蛋白密码(histonecode)。

所谓组蛋白密码就是对结合DNA的组蛋白进行一系列修饰,从而影响某些基因何时以及以何种方式被打开或关闭。组蛋白密码信息存在于转录后组蛋白修饰等过程中，这些修饰的多样性、整体性及生物学功能的多样性表明存在这样一种组蛋白密码。组蛋白修饰作为一种重要的表观标志，与其他表观标志之间也存在一定的联系，构成了一个复杂的网络。组蛋白密码大大丰富了传统遗传密码的信息含量。组蛋白氨基末端的多样化修饰扩充了遗传密码的信息库。

这种常见的组蛋白外在修饰作用包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等等，它们都是组蛋白密码的基本元素。与DNA密码不同的是，组蛋白密码在动物、植物和真菌类中是不同的。我们从植物细胞保留有发育成整个植株的全能性和去分化的特性中，就可以看出它们在建立和保持表观遗传信息方面与动物是不同的。

2023年1月10日1102023年1月10日110BryanM.Turner,naturecellbiology,2007组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰类型被称为组蛋白密码（histonecode），遗传密码的表观遗传学延伸，决定了基因表达调控的状态，并且可遗传。2023年1月10日111组蛋白修饰种类乙酰化--一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰大多发生在H3、H4的Lys残基上。甲基化--发生在H3、H4的Lys和Arg

残基上，可以与基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往取决于被修饰的位置和程度。磷酸化--发生与Ser残基，一般与基因活化相关。泛素化--一般是C端Lys修饰，启动基因表达。SUMO（一种类泛素蛋白）化--可稳定异染色质。其他修饰2023年1月10日1132023年1月10日1132023年1月10日114三、染色质重塑核小体染色质重塑（chromatinremodeling）

真核生物染色质是一切遗传学过程的物质基础，染色质构型局部和整体的动态改变，是基因功能调控的关键因素。染色质的基本结构单位是核小体（nucleosome），每个核小体是由5种组蛋白和DNA

链200bp

组成，其核心颗粒是由H2A、H2B、H3

和H4

四种组蛋白各两个分子的八聚体和绕1.8

圈的147bp组成。当DNA

绕到两圈时，约用165bp，并结合上一个H1

组蛋白分子。染色质重塑是指染色质位置和结构的变化，主要涉及核小体的置换或重新排列，改变了核小体在基因启动序列区域的排列，增加了基因转录装置和启动序列的可接近性。染色质重塑与组蛋白N

端尾巴修饰密切相关，尤其是对组蛋白H3

和H4的修饰。通过修饰直接影响核小体的结构，并为其他蛋白质提供了与DNA

作用的结合位点。染色质重塑修饰方式主要包括两种：一种是含有组蛋白乙酰转移酶和脱乙酰酶的化学修饰；另一种是依赖ATP

水解释放能量解开组蛋白与DNA

的结合，使转录得以进行。通常，DNA

甲基化与染色质的压缩状态、DNA

的不可接近性，以及与基因沉默（genesilencing）状态相关；而DNA

去甲基化、组蛋白的乙酰化和染色质去压缩状态，则与转录的启动、基因活化和行使功能有关。这意味着，不改变基因结构，而改变基因转录的微环境条件就可以令其沉默，或使其激活。2023年1月10日117三、染色质重塑染色质重塑（chromatinremodeling）是一个重要的表观遗传学机制。染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的一系列以染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程。组蛋白尾巴的化学修饰（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结构，从而影响邻近基因的活性。2023年1月10日118三、染色质重塑染色质修饰与重塑（共价修饰型与ATP依赖型）染色质重塑复合物、组蛋白修饰酶的突变均和转录调控、DNA甲基化、DNA重组、细胞周期、DNA的复制和修复的反常相干,这些反常可以引起生长发育反常,智力发育缓慢,乃至导致癌症。依赖ATP的物理修饰主要是使用ATP水解释放的能量,使DNA超螺旋旋矩和旋相产生转变,使转录因子更易靠近并连合核小体DNA,从而调控基因的转录进程。三、染色质重塑2023年1月10日120三、染色质重塑（A）结合（B）松链（C）重塑八聚体转移八聚体滑动+ATP重塑复合物ATP依赖的染色质重构机制染色质重塑复合物：依靠水解ATP提供能量来完成染色质结构的改变，根据水解ATP的亚基不同，可将复合物分为SWI/SNF复合物、ISW复合物等，这些复合物及相关蛋白均与转录激活和抑制、DNA甲基化、DNA修复及细胞周期相关。2023年1月10日121染色质重塑与人类疾病（ATRX、ERCC6、SMARCAL1编码与SWI/SNF复合物相关的ATP酶）X连锁α-地中海贫血综合征、Juerg–Marisidi综合征、Carpenter-Waziri综合征、Sutherland-Haan综合征和Smith-Fineman-Myers综合征：ATRX突变引起DNA甲基化异常。核小体重新定位的异常引起基因表达抑制。Skeletal综合征和B型Cockayne综合征：ERCC6（在DNA修复中起重要作用）突变。Schimke免疫性骨质发育异常：SMARCAL1（调控细胞增殖相关基因的表达）

肿瘤：BRG1、SMARCB1和BRM编码与SWI/SNF复合物特异的ATP酶（改变染色质结构）三、染色质重塑四、RNA调控2023年1月10日123四、RNA调控

siRNAsiRNA结构：21-23nt的双链结构，序列与靶mRNA有同源性，双链两端各有2个突出非配对的3’碱基。siRNA功能：是RNAi

作用的重要组分，是RNAi发生的中介分子。内源性siRNA使细胞能够抵御转座子、转基因和病毒的侵略。