DNA甲基化与组蛋白修饰之间的关系

关于先有鸡还是先有蛋的问题

目录

一、DNA甲基化

二、组蛋白修饰

DNA甲基化与组蛋白甲基化之间的关系

三、DNA甲基化和组蛋白修饰之间的关系

一、DNA甲基化

DNA甲基化（DNA methylation）为DNA化学修饰的一种形式，能够在不改变DNA序列的前提下，改变遗传表现。

所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5号碳位共价键结合一个甲基基团。
大量研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。

二、组蛋白修饰

组蛋白修饰（histone modification）是指组蛋白在相关酶作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程。

核小体是染色质的基本结构单位，由DNA和H1、H2A、H2B、H3和H4等5种组蛋白(histone，H）构成。

组蛋白（histone）是真核生物体细胞染色质与原核细胞中的碱性蛋白质，和DNA共同组成核小体结构。

组蛋白的甲基化修饰：组蛋白被甲基化的位点是赖氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）。赖氨酸可以分别被一、二、三甲基化，精氨酸只能被一、二甲基化。在组蛋白H3上，共有5个赖氨酸位点可以被甲基化修饰。一般来说，组蛋白H3K4的甲基化主要聚集在活跃转录的启动子区域。组蛋白H3K9的甲基化同基因的转录抑制及异染色质有关。EZH2可以甲基化H3K27，导致相关基因的沉默，并且与X-Chromosome inactivation相关。H3K36的甲基化同基因转录激活相关。

组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶（histonemethyl transferase，HMT）完成的。

DNA甲基化与组蛋白甲基化之间的关系

DNA甲基化在控制基因活动和细胞核架构方面有关键的作用。通过DNA甲基化和组蛋白介导的染色质重构对基因表达的修饰被认为是最重要的表观遗传变化。在真核生物基因沉默中，DNA和H3K9的甲基化在调节基因过程中具有协同作用，并拮抗H3K4的甲基化。两种甲基化机制之间似乎还存在着联系，即DNA的甲基化可能依赖于H3K9的甲基化，但在哺乳动物中，两种甲基化的关系可能更复杂[2]。启动子的DNA甲基化对基因的表达有抑制作用, 增强子的DNA甲基化状态与基因活性呈反比关系, 沉默子则相反呈正相关。转座子的DNA高度甲基化抑制其转座活性, 从而维持基因组的稳定性[3]。

三、DNA甲基化和组蛋白修饰之间的关系

在引起沉默的过程中，沉默信号（DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重新装配）是如何进行的?谁先谁后?这是一个“鸡和蛋”的问题，目前仍处于研究阶段，还没有定论。研究发现DNA甲基化和组蛋白乙酰化是一个相互促进、加强的过程，如许多HDAC可以和DNMTl、3a、3b相互作用；而甲基化CpG结合蛋白―2(methylcytosine binding protein―2，MeCP―2)又可以和HDAC相互作用。这种作用方式提示着这两种方式中任何一种的存在都可以引起另一种修饰方式的起始。

沉默信号如何进行?它们发生的顺序如何?早期的研究多来源于对非哺乳动物生物的研究。Tamaru在链孢霉属(Neurospora)CTaSSa中研究发现，H3K9组蛋白甲基化，会引起DNA甲基化的丢失，这暗示着组蛋白甲基化可以起始DNA甲基化。Tariq在Arabidopsis（拟南芥）中也发现，CpNpG甲基化依赖于组蛋白甲基化。以上证据都暗示着，组蛋白甲基化对DNA甲基化有指导作用。

参考：
丁香通：https://www.biomart.cn/experiment/430/502/503/504/28486.htm