表观遗传学中的DNA甲基化和组蛋白修饰
表观遗传学中的DNA甲基化和组蛋白修饰
组蛋白是细胞核中染色体的重要组成部分，它们在DNA折叠过程中起着关键作用。通过显微镜观察，我们可以看到组蛋白像一串念珠，被DNA序列串联起来。
为了便于研究，科学家将一个组蛋白及其附近的147个碱基对（bp）的DNA片段称为一个核小体。核小体的结构可以表示为：核小体 = 组蛋白 + DNA(147bp)。
进一步分析组蛋白的结构，可以发现它由八个部分组成：组蛋白八聚体 = 2个H2B + 2个H2A + 2个H3 + 2个H4。每种组蛋白都会从其N端伸出一小段“尾巴”，这被称为蛋白质的N端尾巴（tail）。
这些“尾巴”是组蛋白修饰的主要发生地。修饰是一种以共价方式进行的蛋白质翻译后修饰（PTM），包括甲基化（M）、磷酸化（P）、乙酰化（A）等类型。
为了准确描述组蛋白修饰，科学家们建立了一套命名规则：组蛋白结构 + 氨基酸名称 + 氨基酸位置 + 修饰类型。例如，H3K4me3表示H3组蛋白的第4位赖氨酸的三甲基化，而H3K14ac表示H3组蛋白的第14位赖氨酸的乙酰化。
组蛋白的修饰类型
1. 组蛋白甲基化
甲基化的效果取决于其位置和状态，可以与基因的抑制或激活相关。组蛋白甲基化的位点主要在赖氨酸和精氨酸上。赖氨酸可以被一、二、三甲基化，而精氨酸只能被一、二甲基化。
研究表明，组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记，通常与基因激活相关。相反，赖氨酸甲基化似乎是基因表达调控中一种较为稳定的标记。例如：
- H3K4的甲基化与基因激活相关
- H3K9和H3K27的单甲基化与基因激活有关，但三甲甲基化与基因沉默相关
- H3K9和H3K27的甲基化会介导异染色质的形成
2. 组蛋白乙酰化
组蛋白乙酰化主要发生在它们的N-末端尾部，可以影响基因的转录。乙酰化主要与基因激活有关，主要发生在H3和H4的N端保守的赖氨酸位置上。这一过程是由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶协调完成的。
特定基因区域的组蛋白乙酰化和去乙酰化是以一种非随机的、位置特异的方式进行。乙酰化可能通过对组蛋白电荷以及相互作用蛋白的影响，来调节基因转录。
组蛋白修饰的检测方法
为了研究组蛋白修饰在全基因组范围内的分布情况，科学家通常使用ChIP-seq（染色质免疫沉淀测序）技术。通过这种方法，可以获取样本中全基因组的组蛋白修饰图谱，从而深入了解基因表达调控的机制。