H4K20me简介

H4K20me是DNA包装蛋白组蛋白H4的一种表观遗传修饰。它是一个表示在组蛋白H4蛋白的第20个赖氨酸残基上的单甲基化的标记。这个标记可以被二甲基化和三甲基化。它对基因组的完整性至关重要,包括DNA损伤修复、DNA复制和染色质的压实。

H4K20me2是组蛋白H4上最常见的甲基化状态,是1969年在豌豆和小牛提取物中发现的最早的修饰组蛋白残基之一。它也是H4组蛋白上唯一被鉴定为甲基化的赖氨酸残基。

H4K20的每个甲基化程度都有一个非常不同的细胞过程。H4K20me3的丧失伴随着H4K16ac的减少是癌症的一个有力指标。

命名规则

H4K20me表示组蛋白H4蛋白亚基上赖氨酸(20位)的单甲基化。

简写 意义
H4 H4 family of histones
K standard abbreviation for lysine
20 position of amino acid residue(counting from N-terminus)
me methyl group
1 number of methyl groups added

 

赖氨酸的甲基化

H4K20me简介

该图显示了赖氨酸残基的渐进甲基化过程。单甲基化表示H4K20me中存在的甲基化。

H4K20me以三种不同的状态存在,分别为单甲基化、双甲基化和三甲基化。

H4K20me1
H4K20me1与转录激活有关。

H4K20me2
H4K20me2与H4K20me1相似,但有不同的分布,这种二甲基化控制着细胞周期和DNA损伤反应。

H4K20me3
H4K20me3是非常不同的。H4K20me3存在于启动子时,会抑制转录。H4K20me3还能使重复性DNA和转座子沉默。H4K20me3的缺失与H4K16ac的减少一起定义了癌症。

H4K20me3参与了哈钦森-吉尔福德早衰症综合征,在该综合征中,患者由于编码层析蛋白A的基因发生新的突变而导致过早和非常快速的衰老。这种不良的处理方式造成了真正异常的核形态和无序的异染色质。患者也没有适当的DNA修复,而且他们的基因组不稳定性也增加了。

组蛋白修饰
真核细胞的基因组DNA被包裹在被称为组蛋白的特殊蛋白质分子上。由DNA缠绕形成的复合体被称为染色质。染色质的基本结构单元是核糖体:它由组蛋白(H2A、H2B、H3和H4)的核心八聚体以及一个连接组蛋白和大约180个碱基对的DNA组成。这些核心组蛋白富含赖氨酸和精氨酸残基。这些组蛋白的羧基(C)端有助于组蛋白-组蛋白的相互作用,以及组蛋白-DNA的相互作用。氨基(N)端带电尾巴是翻译后修饰的部位,如在H3K36me3中看到的。
表观遗传学意义
组蛋白修饰复合物或染色质重塑复合物对组蛋白尾部的翻译后修饰被细胞解释并导致复杂的、组合的转录输出。人们认为,组蛋白代码通过特定区域的组蛋白之间的复杂相互作用决定了基因的表达。 目前对组蛋白的理解和解释来自两个大型项目。ENCODE和表观基因组学路线图。 表观基因组学研究的目的是调查整个基因组的表观遗传变化。这导致了染色质状态,它通过将不同蛋白质和/或组蛋白修饰的相互作用分组来定义基因组区域。通过观察蛋白质在基因组中的结合位置,在果蝇细胞中调查了染色质状态。使用ChIP测序技术揭示了基因组中以不同条带为特征的区域。 果蝇的不同发育阶段也得到了分析,重点是组蛋白修饰的相关性。对所获数据的研究导致了基于组蛋白修饰的染色质状态定义。

人类基因组被注释为染色质状态。这些注释状态可以作为独立于基础基因组序列的新方法来注释基因组。这种独立于DNA序列的特性强化了组蛋白修饰的表观遗传性。染色质状态对于识别没有明确序列的调控元素也很有用,如增强子。这种额外的注释水平使我们能够更深入地了解细胞特定的基因调控。
历史
H4K20是最早的修饰组蛋白残基之一,早在1969年就在豌豆和小牛的提取物中被发现。
基因组的完整性
H4K20me对DNA损伤修复、DNA复制和染色质压实很重要。
有一组H4K20特异性组蛋白甲基转移酶(SET8/PR-Set7、SUV4-20H1和SUV4-20H2)。没有这些酶,就会出现基因组不稳定的破坏。
方法
组蛋白标记H4K20me可以通过多种方式检测。
1. 染色质免疫沉淀测序(ChIP-sequencing)测量一旦与目标蛋白结合并免疫沉淀的DNA富集量。它的结果是很好的优化,在体内用于揭示细胞内发生的DNA-蛋白结合。ChIP-Seq可用于识别和量化沿基因组区域不同组蛋白修饰的各种DNA片段。
2. 显微核酸酶测序(MNase-seq)用于研究被定位良好的核糖体结合的区域。使用微球菌核酸酶来确定核糖体的定位。定位良好的核糖体被视为具有富集的序列。
3. 转座酶可及染色质测序法(ATAC-seq)用于观察无核糖体(开放染色质)的区域。它使用超活性的Tn5转座子来突出核糖体的定位。

 

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