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組蛋白
鎖定
- 中文名
- 組蛋白
- 外文名
- histones
- 存 在
- 真核生物的細胞核中
- 本 質
- 與DNA結合存在的鹼性蛋白質總稱
- 分子量
- 10000～20000
- 成 分
- 精氨酸和賴氨酸等
組蛋白簡介
真核生物體細胞染色質中的鹼性蛋白質，含精氨酸和賴氨酸等鹼性氨基酸特別多，二者加起來約為所有氨基酸殘基的1/4。組蛋白與帶負電荷的雙螺旋DNA結合成DNA-組蛋白複合物。因氨基酸成分和分子量不同，主要分成5類。
組蛋白的甲基化修飾主要是由一類含有SET結構域的蛋白質來執行的，組蛋白甲基化修飾參與異染色質形成、基因印記、X染色體失活和轉錄調控等多種主要生理功能，組蛋白的修飾作用是表觀遺傳學研究的一個重要領域。組蛋白甲基化的異常與腫瘤發生等多種人類疾病相關，可以特異性地激活或者抑制基因的轉錄活性。研究發現，組蛋白甲基轉移酶的作用對象不僅僅限於組蛋白，某些非組蛋白也可以被組蛋白甲基轉移酶甲基化，這將為探明細胞內部基因轉錄、信號轉導、甚至個體的發育和分化機制提供更廣闊的空間。
組蛋白
真核生物細胞核中組蛋白的含量約為每克DNA 1克，大部分真核生物中有5種組蛋白，兩棲類、魚類和鳥類還有H5以替代或補充H1。染色質是由許多核小體組成的，H2A，H2B，H3和H4各2個分子構成的8聚體是核小體的核心部分，H1的作用是與線性 DNA結合以幫助後者形成高級結構。組蛋白是已知蛋白質中最保守的，例如，人類和豌豆的H4氨基酸序列只有兩個不同，人類和酵母的H4氨基酸序列也只有8個不同，這説明H4的氨基酸序列在約10^9年間幾乎是恆定的。
組蛋白歷史
1884年，艾布瑞契·科塞爾首先發現組蛋白。
[4-5]
直至1990年代早期，組蛋白才被更多認識，並非純粹細胞核的惰性填充料，這部分基於馬克·普塔什尼(Mark Ptashne)等人的模型，他們認為轉錄是被蛋白質-DNA和蛋白質-蛋白質相互作用在很大程度上被激活裸DNA模板，就像細菌一樣。及後它的調控功能才被發現。
在1980年代，Yahli Lorch和羅傑·科恩伯格(Roger Kornberg)表明，核心啓動子上的核小體體外阻止了轉錄的啓動，邁克爾·格倫斯坦(Michael Grunstein)證明組蛋白在體內抑制轉錄，導致核小體為 一般基因阻遏物。
[1]
組蛋白結構組成
組蛋白
通常含有H1，H2A，H2B，H3，H4等5種成分。除H1外，其他4種組蛋白均分別以二聚體（共八聚體）相結合，形成核小體核心。DNA便纏繞在核小體的核心上。而H1則與核小體間的DNA結合。因此，一般認為組蛋白作為結構支持體的作用比其基因調節作用更為重要。鳥類、兩棲類等含有細胞核的紅細胞中，含有一種叫H5的特殊組蛋白。此外，在停止增殖的細胞中，還含有一種叫H1°的組蛋白，H1°的結構與H5相類似。組蛋白可受到甲基化、乙酰化、磷酸化、聚ADP核糖酰化，以及與泛醌（基因活性控制的相關性等等，是今後的重要研究課題。
種類 | 賴氨酸/精氨酸 | 殘基數 | 分子質量（kd） | 保守性 | 存在部位及結構作用 |
H1 | 29.0 | 215 | 23.0 | 低 | 連接線上，鎖定核小體、參與包裝 |
H2A | 1.22 | 129 | 14.0 | 高 | 核心顆粒，形成核小體 |
H2B | 2.66 | 125 | 13.8 | 高 | 核心顆粒，形成核小體 |
H3 | 0.77 | 135 | 15.3 | 極高 | 核心顆粒，形成核小體 |
H4 | 0.79 | 102 | 11.3 | 極高 | 核心顆粒，形成核小體 |
H1富含鹼性氨基酸
組蛋白功能
組蛋白填充蛋白質
組蛋白作為DNA纏繞的線軸。 這使得能夠在細胞核內將真核細胞的大型的基因組所必需的壓實物：壓實的分子比未壓實的分子短40,000倍。
組蛋白染色質調控
組織蛋白進行翻譯後修飾，以更改它與DNA及其他核蛋白的相互作用。組織蛋白H3及H4有着核小體伸出的長尾巴，能夠在不同的地方進行共價修飾。這種修飾包括有甲基化、瓜氨化、乙酰基化、磷酸化、小泛素相關修飾化、泛素化及二磷酸腺苷核糖基化。組織蛋白核心（即H2A及H3）亦可以作出修飾。修飾的組合可以組成編碼，成為組織蛋白編碼。組織蛋白修飾在不同的生物過程起着作用，包括基因表觀調控、DNA修復、有絲分裂及減數分裂。
組織蛋白修飾的命名是：
先以組蛋白名稱開始，如H3；單一字母的氨基酸簡稱，如K代表賴氨酸，及在蛋白質的位置；及修飾的種類，Me即甲基化、P即磷酸化、Ac即乙酰化及Ub即泛素化。
組蛋白醫學應用
組蛋白預測
最新研究結果顯示：組蛋白修飾的整體模式可預測低分級前列腺癌的復發風險。該研究第一作者加利福尼亞大學的Siavash K. Kurdistani表示：這種修飾模式最終可作為前列腺或其他類型癌症的預後或診斷指標，也可作為預測何種患者、患者會對一類o組蛋白去乙酰酶抑制劑新藥產生反應的指標。Kurdistani解釋：某些組蛋白修飾模式會在一定水平上影響基因的表達，但具體機制尚不清楚。
組蛋白調控
組蛋白修飾與基因表達調控有關已經被廣泛的證明了。PierreEtchegary，StevenReppertandcoworkers的研究表明組蛋白修飾，特別是組蛋白乙酰化對於哺乳動物生物鐘的調控是非常重要的。
[3]
調控生物鐘的關鍵蛋白Clock和Bmal1驅動着三個period基因（Per1，2，3）和兩個細胞色素基因（Cry1，2）的表達。這5個基因的轉錄本覆蓋了生物24小時的時間。但奇怪的是Clock/Bmal1對Per啓動子的結合相對穩定，而它們對Cry1啓動子最強的結合卻反應着Cry1表達的最弱。在這篇文章中E發現是染色體結構的修飾來決定Per和Cry基因的轉錄的。
研究者發現在Per1和Per2的啓動子上組蛋白3的乙酰化在全天都存在，而RNA多聚酶Ⅱ也一直被招募在這些啓動子上。當H3被乙酰化和RNA多聚酶Ⅱ結合最強時，Per轉錄本水平最高，這説明H3的乙酰化可能通過促進將RNA多聚酶Ⅱ招募到啓動子上而促進基因的轉錄。Cry基因座位的表達也有類似的相關性。
研究者發現具有蛋白質乙酰化活性的p300在小鼠肝細胞中能與Clock組成複合物。研究者認為白天p300/Bmal1/Clock結合在啓動子上，促進H3乙酰化，RNA多聚酶Ⅱ招募到啓動子上而Per基因發生轉錄。夜間p300與Bmal1/Clock進行解離，導致組蛋白的去乙酰化而抑制基因的轉錄。
那麼，導致p300基因日夜節律的是什麼呢？
研究者發現是Cry對其進行負調控的結果，研究者發現Cry1，2抑制p300/Bmal1/Clock驅動的基因轉錄。他們認為可能是Cry對p300/Bmal1/Clock複合物進行去穩定性作用而對其功能進行抑制。乙酰化對基因表達的調控已經廣為人知，這個新的研究更讓人們確定組蛋白的乙酰化對基因表達的調控具有很廣泛的作用。
- 參考資料
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- 1. Histone, a suppressor of chromosomal RNA synthesis. ．pubmed[引用日期2019-08-31]
- 2. Histone structure and nucleosome stability. ．pubmed[引用日期2019-08-31]
- 3. 組蛋白修飾的生物學功能簡介 ．萬方數據[引用日期2019-06-28]
- 4. 細胞外組蛋白對膿毒症的影響 ．中華危重病急救醫學[引用日期2021-10-29]
- 5. 細胞外組蛋白對膿毒症的影響 - 03 - 歡迎訪問中華危重病急救醫學雜誌官方網站 ．中華危重病急救醫學雜誌官方網站[引用日期2021-10-29]
