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组蛋白

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组蛋白组蛋白

组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白,是真核生物体细胞染色质中的碱性蛋白质,含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多,二者加起来约为所有氨基酸残基的1/4。组蛋白是一类小分子碱性蛋白质,有五种类型:H1、H2A、H2B、H3、H4,它们富含带正电荷的碱性氨基酸,能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。


组蛋白 - 简介

组蛋白组蛋白

组蛋白是是指所有真核生物的核中,与DNA结合存在的碱性蛋白质的总称。分子量约10000~20000。通常含有H1,H2A,H2B,H3,H4等5种成分。

亲缘关系较远的种属中,四种组蛋白(H2A、H2A、H3、H4)氨基酸序列都非常相似,如海胆组织H3的氨基酸序列与来自小牛胸腺的H3的氨基酸序列间只有一个氨基酸的差异,小牛胸腺的H3的氨基酸序列与豌豆的H3也只有4个氨基酸不同。不同生物的H1序列变化较大,在某些组织中,H1被特殊的组蛋白所取代。如成熟的鱼类和鸟类的红细胞中H1则被H5所取代,精细胞中则由精蛋白代替组蛋白。染色质中的组蛋白与DNA的含量之比为1:1。

真核生物细胞核中组蛋白的含量约为每克DNA 1克,大部分真核生物中有5种组蛋白,两栖类、鱼类和鸟类还有H5以替代或补充H1。

组蛋白 - 研究历史

组蛋白于1834年由德国科学家A.科塞尔发现。早在1888年德国化学家科塞(A.Kossel)已从细胞核中分离出组蛋白,并认识到它们作为碱性物质应在核中与核酸结合,但直到1974年才了解组蛋白的确切作用。一些实验室随后证明组蛋白以独特的方式构成核小体的组分。

组蛋白是已知蛋白质中最保守的,例如,人类和豌豆的H4氨基酸序列只有两个不同,人类和酵母的H4氨基酸序列也只有8个不同,这说明H4的氨基酸序列在约109年间几乎是恒定的。

组蛋白 - 结构

组蛋组蛋

染色体是由重复单位──核小体组成。每一核小体包括一个核心8聚体(由4种核心组蛋白H2A、H2B、H3和H4的各两个单体组成);长度约为200个碱基对的脱氧核糖核酸(DNA);和一个单体组蛋白H1。长度约为140个碱基对的DNA盘绕于核心8聚体外面。在核心8聚体之间则由长度约为60个碱基对的DNA连接。这种DNA称为“接头”DNA。

组蛋白 - 命名分类

几乎所有真核细胞染色体的组蛋白均可分成5种主要的组分,分别用字母或数字命名,命名方法也不统一,如H1或称F1,Ⅰ;H2A或称F2A2,Ⅱb1;H2B或称F2B,Ⅱb2;H3或称F3,Ⅲ;H4或称F2A1,Ⅳ。有核的红细胞或个别生物体中,还存在特别的组蛋白成分,红细胞中为H5或F2C,Ⅴ,鲑鱼组织中为H6或T。H2A、H2B、H3、H4组成核小体的核心,也称核心组蛋白。

根据组蛋白的一级结构,又可将它们分为3种类型:赖氨酸含量特别丰富的组蛋白(H1);赖氨酸含量较丰富的组蛋白(H2A和H2B);精氨酸含量丰富的组蛋白(H3和H4)。

组蛋白 - 合成修饰

甲基化

组蛋白修饰组蛋白修饰

组蛋白的甲基化修饰主要是由一类含有SET结构域的蛋白来执行的,组蛋白甲基化修饰参与异染色质形成、基因印记、X染色体失活和转录调控等多种主要生理功能,组蛋白的修饰作用是表观遗传学研究的一个重要领域。 

组蛋白甲基化的异常与肿瘤发生等多种人类疾病相关,可以特异性地激活或者抑制基因的转录活性。研究发现,组蛋白甲基转移酶的作用对象不仅仅限于组蛋白,某些非组蛋白也可以被组蛋白甲基转移酶甲基化,这将为探明细胞内部基因转录、信号转导、甚至个体的发育和分化机制提供更广阔的空间。

乙酰化

乙酰化有两种,一种是H1、H2A、H4组蛋白的氨基末端乙酰化,形成α-乙酰丝氨酸,组蛋白在细胞质内合成后输入细胞核之前发生这一修饰。二是在H2A、H2B、H3、H4的氨基末端区域的某些专一位置形成N6-乙酰赖氨酸。

磷酸化

所有组蛋白的组分均能磷酸化,在细胞分裂期间,H1的1~3个丝氨酸可以磷酸化。而在有丝分裂时期,H1有3~6个丝氨酸或苏氨酸发生磷酸化,其他四个核心组蛋白的磷酸化可以发生在氨基末端区域的丝氨酸残基上。组蛋白的磷酸化可能会改变组蛋白与DNA的结合。

分类特征

种类
赖氨酸/精氨酸
残基数
分子质量(ku)
保守性
存在部位及结构作用
H1
29.0
215
23.0
连接线上,锁定核小体、参与包装
H2A
1.22
129
14.0
核心颗粒,形成核小体
H2B
2.66
125
13.8
核心颗粒,形成核小体
H3
0.77
135
15.3
极高
核心颗粒,形成核小体
H4
0.79
102
11.3
极高
核心颗粒,形成核小体

组蛋白 - 医学应用

癌症诊断

球形组蛋白修饰模式可预测低分级前列腺癌的复发危。这种修饰模式最终可作为前列腺或其他类型癌症的预后或诊断指标,也可作为预测何种患者患者会对一类组蛋白去乙酰酶抑制剂新药产生反应的指标。考虑到组蛋白修饰模式的多样性,其他组蛋白修饰位点的信息将有助于我们对患者进行进一步分类,包括那些高分极组的患者。应用免役组化及越来越多的的抗体检测组蛋白修饰将有助于这种检测指标在其他肿瘤中的应用。

生物钟的调控

组蛋白修饰与基因表达调控有关已经被广泛的证明了。研究表明组蛋白修饰,特别是组蛋白乙酰化对于哺乳动物生物钟的调控是非常重要的

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