一、染色体简介
DNA Packing
1、如何将10,000公里长的蚕丝(半径~10e-5米)装入一个篮球中。
2、蚕丝的体积：3.14*10e-3 m3
3、折叠、缠绕...
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染色体上的不同区域
1、Euchromatin: 常染色质；
2、Heterochromatin: 异染色质；
3、E->H或H->E称为染色质重塑 (Chromatin Remodeling)
4、分子机理：DNA甲基化，组蛋白修饰，染色质重塑复合物的协同作用
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常染色质与异染色质
1、常染色质：基因表达活跃的区域，染色体结构较为疏松。
2、异染色质：基因表达沉默的区域，染色体结构致密。
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组蛋白与核小体
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组蛋白变异
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组蛋白修饰
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主要的功能修饰
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二、组蛋白的乙酰化
1、通常发生在蛋白质的赖氨酸(K)上；
2、可逆的生化反应：
A：Histone acetyltransferase，HAT (>30)
B：Histone deacetylase, HDAC (18)
3、分子效应：中和赖氨酸上的正电荷，增加组蛋白与DNA的排斥力
4、生物学功能：
A：基因转录活化
B：DNA损伤修复
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HATs转乙酰基酶
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蛋白质乙酰化调控基因转录
A. 乙酰化转录因子，使之与DNA结合能力增强；
B. 转录因子活化的结构域招募HATs复合物；
C. HAT复合物乙酰化组蛋白，打开染色质；
D. 转录激活；
E. HAT复合物中的共激活子也被乙酰化修饰；
F. HAT复合物乙酰化之后离开，转录活性削弱。
乙酰化与去乙酰化
1、转录因子招募HDAC抑制基因表达；
2、招募HAT复合物激活基因表达。
二、组蛋白的甲基化
1、主要发生在赖氨酸（K）或精氨酸（R）上；
2、Long-term；
3、HKMTs (histone lysine methyltransferases) vs. PRMTs (protein arginine methyltransferases)
4、可逆的生化反应?
5、分子效应：增加赖氨酸上的疏水力？
6、生物学功能：
A. 基因转录活化
B. 基因转录沉默
C. X染色体失活
D. 异染色质致密状态(heterochromatin compaction)
精氨酸和赖氨酸甲基化的过程
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Lysine Methylation
- Mono-, di- or tri- methylation
- H3K9 & H3K27的tri- methylation是沉默的异染色质的主要特征
- H3K9的di- methylation对于常染色质的基因表达是必需的
- H4K20的tri- methylation是癌症中的一个普遍现象
- 有丝分裂期间，在动粒(centromere)附近的H3K9的trimethylation负责保证染色体顺利完成分裂
- 在活化基因的5’端和启动子区域，甲基化出现的模式为：
A. H4K20的mono- methylation
B. H3K4的di- or tri- methylation
C. H3K79的di- methylation
组蛋白赖氨酸甲基化与转录
1、RNA polymerase II (Pol II)定位到基因启动子区域，与H3K4 & H3K36的
甲基转移酶Set1, Set2 & Dot1相互作用；
2、Activator (Act) 招募Rad6-Bre1复合物，并加载到Pol II上Rad6-Bre1泛素化H2B，促使H3K4和H3K79的甲基化；
3、转录延长过程中，Pol II的Ser2被磷酸化，促使Set1分离下来；
4、第一轮转录后，基因被标记为H3K4, H3K36 & H3K79甲基化
5、H3K4被Chd1识别后结合，招募SAGA复合物；
6、SAGA复合物乙酰化组蛋白
7、转录保持激活
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组蛋白乙酰化、甲基化以及DNA甲基化的关系
A. MBD结合甲基化的DNA, 招募HDAC, 组蛋白去甲基化, 招募HMT, 甲基化组蛋
白, 转录沉默；
B. 组蛋白无乙酰化修饰, MBD结合甲基化的DNA, 再与SET结合，甲基化组蛋白;
C. 甲基化的组蛋白尾部招募DNMT，对基因长期沉默
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异染色质与常染色质的基因沉默
A. 异染色质沉默：组蛋白去乙酰化；甲基化H3K9；招募HP1；形成异染色质
B. 常染色质沉默：转录因子E2F通过Rb招募HP1-Suv29h1；Suv29h1甲基化H3K9；HP1与H3K9结合，沉默基因的表达
组蛋白甲基化的遗传
1、PC: Polycomb；招募PRC2/EZH2，甲基化子染色质上的H3K27;
2、PR-SET7: H4K20特异性的转甲基酶，通过未知蛋白质，修饰子染色质上的H4K20
3、表观遗传信息的传递！
三、组蛋白的磷酸化
- 磷酸化：丝氨酸(S)/苏氨酸(T)
- 转录调控：H3K10被Rsk-2磷酸化
- H4S1的磷酸化：异染色质的形成
- DNA repair: H2AX磷酸化
H3磷酸化的功能：基因表达
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H4S1的磷酸化
常染色质的H4S1被磷酸化之后
A. 直接形成致密的异染色质；
B. 招募HP1，形成异染色质；
C. 促使组蛋白异构体的替换。
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H2AX的磷酸化
- UV…使得DNA发生双链断裂；
- 激活ATM/ATR，磷酸化许多底物，包括H2AX;
- H2AX招募NuA4和Cohesin复合物；
- NuA4乙酰化DSB附近的组蛋白，招募INO80，分别进行单链的修复；
修复完毕，招募Tip60踢走H2AX
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四、组蛋白的泛素化
1、通常发生在赖氨酸(K)上；
2、可逆的生化反应：
A. E1, E2 & E3
B. DUBs
3、分子效应：小蛋白质，可能改变底物的结构
4、生物学功能：
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组蛋白的SUMO化
- 通常发生在赖氨酸(K)上；
- 可逆的生化反应：
A. E1, E2, & E3
B. SENPs生物学功能：
A. 转录沉默
B. 抑制组蛋白的乙酰化和甲基化
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组蛋白密码
Histone code: The histone code hypothesis predicts that the post-translational modifications of histones, alone or in combination, function to direct specific and distinct DNA-templated programs
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