組蛋白

組蛋白是真核細胞中的一種鹼性蛋白質，它可以排列 DNA 染色體，並在基因調控中發揮作用。為了使 DNA 形成染色體，DNA 會纏繞在組蛋白上形成染色質，如果沒有這個過程，生命將無法存在。

類別

組蛋白主要分為五類：H1/H5、H2A、H2B、H3 和 H4。組蛋白 H2A、H2B、H3 和 H4 被稱為核心組蛋白，而組蛋白 H1/H5 被稱為連線組蛋白。^[1] 每個核小體核心顆粒都是由兩組核心組蛋白組成的，這種核心顆粒負責纏繞大約 147 個鹼基對的一段 DNA。連線組蛋白透過與核小體和 DNA 的入口和出口位點結合，將纏繞的 DNA 部分固定到位，從而將這些部分固定到位。DNA 在組蛋白上纏繞後的組合被稱為染色質。

組蛋白修飾的功能

有時組蛋白修飾會影響染色質的結構，或者它們可以作為蛋白質效應子的標記或訊號。^[2]

染色質結構的改變

高階染色質結構可以直接受到組蛋白修飾的影響。透過胰蛋白酶去除組蛋白尾部會導致核小體陣列凝聚成 30 奈米染色質纖維的能力下降。H4K16 的乙醯化也已透過實驗顯示可以抑制 30 奈米染色質纖維的形成。許多組蛋白乙醯轉移酶 (HAT) 複合物具有乙醯化組蛋白 H4 的多個賴氨酸，包括 H4K16 的功能。組蛋白乙醯化發生在賴氨酸殘基上，並被溴域蛋白識別。它對染色質解聚和常染色質形成很重要。常染色質被認為是開放的染色質，更容易被蛋白質訪問。因此，乙醯化導致額外的轉錄因子結合，從而使 DNA 可用於轉錄。H4K16 的乙醯化在 DNA 複製、基因剪接和酵母壽命調節中起著重要作用。

染色質也可以透過組蛋白甲基轉移酶 (HMT) 在賴氨酸和精氨酸上的甲基化而改變，組蛋白甲基轉移酶 (HMT) 會新增甲基。這些被染色域蛋白識別，對染色質的凝聚和異染色質的形成很重要。異染色質被認為是緊密封閉的染色質，蛋白質難以進入。

來源：分子細胞生物學，Lodish 等人，第 6 版 (2008)，第 247-257 頁

靶向和/或啟用染色質重塑複合物

組蛋白修飾也可以透過充當蛋白質複合物活性或聚集的標記來影響染色質結構，這些蛋白質複合物會改變和重建染色質結構。這些是 ATP 依賴的染色質重塑複合物，它們是一組蛋白質，它們以改變或消除組蛋白為目的，在 DNA 上滑動核小體。^[3] 核小體重塑複合物包含 1 到 12 個亞基，包括多個與 DNA 相互作用的蛋白質結構域。通常，這些結構域識別組蛋白修飾。最早發現的與已修飾的組蛋白相互作用並識別組蛋白中的乙醯化賴氨酸殘基的結構域之一是溴域。在染色質重塑複合物 SWI/SNF 家族的亞基中發現的這些溴域在基因啟用中起著重要作用。例如，乙醯化的組蛋白可以從 DNA 複合物中逐出，並被 SWI/SNF 複合物取代（圖 1）。當序列特異性 DNA 結合轉錄啟用因子募集 SAGA 組蛋白乙醯轉移酶來靶向基因時，就會發生此過程，在該基因中，SAGA 乙醯化了啟動子區域上的核小體的一塊區域。然後，相同的啟用因子可以獲得 SWI/SNF 核小體重塑複合物到同一個位點，並與乙醯化的組蛋白結合。最後，SWI/SNF 複合物利用 ATP 水解的能量來取代乙醯化的組蛋白，從而產生一個無核小體區域。^[4]

活躍轉錄的基因

兩種組蛋白修飾參與了活躍的轉錄

-H3 賴氨酸 4 在活躍基因啟動子處的三甲基化，這是由 COMPASS 複合物完成的。^[5] 這種修飾的作用尚不清楚，但其水平與基因的轉錄活性相關。

-H3 賴氨酸 36 在活躍基因體內的三甲基化。這種修飾被 Rpd3 組蛋白識別，Rpd3 組蛋白會使周圍的組蛋白去乙醯化。這會增加染色質的壓縮，從而降低正在進行轉錄時發生新的轉錄事件的可能性。^[6] 這有助於確保正在進行的轉錄不會被打斷。

抑制的基因

有三種組蛋白修飾與基因抑制相關。

-H3 賴氨酸 27 的三甲基化。這是由多梳複合物 PRC2 完成的，該複合物通常與其他蛋白質結合，它會與基因結合，導致染色質壓縮，從而沉默轉錄活性。^[7] PRC1 也已知在組蛋白修飾中幫助 PRC2。

-H3 賴氨酸 9 的二甲基化和三甲基化是異染色質的已知標記，異染色質是 DNA 的緊密包裝形式。RNA 誘導的轉錄沉默複合物 (RITS) 負責這種修飾。^[8]

-H4 賴氨酸 20 的三甲基化是由 Suv4-20h 甲基轉移酶完成的，它也與異染色質相關。^[9]

參考文獻

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[1] Cox，Michael；Nelson，David R.；Lehninger，Albert L（2005）。萊寧格生物化學原理。舊金山：W.H. Freeman。 ISBN 0-7167-4339-6.

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