组蛋白 H3 的表观遗传学“写入蛋白”和“擦除蛋白”
访问包含 个可下载通路图 的完整库，以及每个信号通路的推荐产品。
2025 © Cell Signaling Technology. 版权所有。
表观遗传调控蛋白通过控制 DNA 序列对细胞复制、转录、DNA修复、重组及染色体分离等分子机器的可及性，从而在基因表达的调节中发挥关键作用。表观遗传调节包括被多类酶（称为“写入”和“擦除”蛋白）修饰的组蛋白氨基酸残基的翻译后修饰 (PTM)。在这里，我们集中讨论组蛋白 H3 的 PTM，它在染色质结构和基因表达的调控中发挥关键作用。组蛋白 H3 会被乙酰化、甲基化和磷酸化等大量 PTM 修饰。这些 PTM 发生在组蛋白 H3 的不同残基上，并能调控各种过程，包括胞核组织、染色质结构和染色质结合蛋白（称为“读取”蛋白）的募集。
赖氨酸残基的乙酰化受组蛋白赖氨酸乙酰转移酶 (HAT) 介导，并且会被组蛋白脱乙酰酶 (HDAC) 去除。组蛋白 H3 上的乙酰化赖氨酸残基包括 Lys4、9、14、18、23、27、36 和 56。乙酰化会中和组蛋白 H3 上的正电荷，从而让结合 DNA 的蛋白更好地进入 DNA，并激活基因表达。此外，乙酰化赖氨酸残基会为含溴结构域和 YEATS 结构域的读取蛋白形成结合域。
组蛋白赖氨酸甲基化受赖氨酸甲基转移酶 (KMT) 介导，并且会被赖氨酸脱甲基酶 (KDM) 去除。组蛋白 H3 的甲基化赖氨酸残基包括 Lys4、9、27、36 和 79。每个赖氨酸残基可被单甲基化、二甲基化或三甲基化，并且每种甲基化状态似乎会发挥不同功能。甲基化不会影响组蛋白电荷，相反，它会调控读取蛋白与其有关蛋白复合体的结合。例如，多梳阻遏蛋白复合体 2 (PRC2) 三甲基化组蛋白 H3 Lys27 (H3K27me3) 会为 PRC1 复合体产生结合位点，其中两者均能产生对转录具有阻遏性的致密染色质。或者，H3K4me3 是一种结合多种转录激活读取蛋白的标记物。甲基化赖氨酸残基会为含克罗莫结构域、MBT 结构域、WD40 结构域和 PHD 指结构的读取蛋白提供结合域。
蛋白精氨酸甲基转移酶 (PRMT) 会单甲基化或二甲基化（对称或不对称地）精氨酸残基，包括 Arg 2、17 和 26，从而导致基因激活或抑制。此外，蛋白精氨酸脱氨酶 (PADI) 蛋白会将甲基化精氨酸残基转换为瓜氨酸。精氨酸残基的甲基化会为含 Tudor 结构域、PHD 指形结构和 WD40 结构域的读取蛋白产生结合位点。
最后，组蛋白 H3 在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基上被激酶磷酸化，并会被磷酸酶去磷酸化。磷酸化残基倾向于聚集在组蛋白 H3 的氨基末端尾区，就像乙酰化一样，它会减少组蛋白的正电荷。此外，磷酸化残基会为含 14-3-3 结构域的读取蛋白形成结合位点，或为其他读取蛋白遮蔽结合位点（即 H3S10Phos 会阻断 HP1 克罗莫结构域蛋白与 H3K9Me3 的结合）。组蛋白 H3 Ser10 以及 Thr3、Thr11 和 Ser28 的磷酸化主要与有丝分裂和减数分裂期间的染色体凝缩有关。特别是，Ser10 的磷酸化常用作细胞有丝分裂的标记物。但 Ser10 和 Ser28 磷酸化还在转录激活中发挥次要作用，尤其是在即早基因中。
主要文献：
- Black JC, Van rechem C, Whetstine JR. Histone lysine methylation dynamics: establishment, regulation, and biological impact. Mol Cell. 2012;48(4):491-507.
- Di lorenzo A, Bedford MT. Histone arginine methylation. FEBS Lett. 2011;585(13):2024-31.
- Farria A, Li W, Dent SY. KATs in cancer: functions and therapies. Oncogene. 2015;34(38):4901-13.
- Liu N, Li S, Wu N, Cho KS. Acetylation and deacetylation in cancer stem-like cells. Oncotarget. 2017;8(51):89315-89325.
- Wright DE, Wang CY, Kao CF. Histone ubiquitylation and chromatin dynamics. Front Biosci (Landmark Ed). 2012;17:1051-78.
- Wang F, Higgins JM. Histone modifications and mitosis: countermarks, landmarks, and bookmarks. Trends Cell Biol. 2013;23(4):175-84.
我们衷心感谢哈佛大学医学院麻省总医院的 Jonathan Whetstine 博士审阅此通路。
创建于 2018 年 3 月