真核生物的基因調控與表觀遺傳學

組蛋白密碼(the histone code)

想像DNA纏繞的那些線軸上伸出幾面小旗,細胞可以往上別不同顏色的旗——這裡一面綠旗意思是「讀我」,那裡一面紅旗意思是「讓我合著」。別的蛋白質走過來,讀這些旗,照著行事。這就是組蛋白密碼背後的念頭:往核小體的組蛋白上添加化學標記,給一段染色質標上開放或閉合,幫著決定它的基因要不要被讀取。

組蛋白有從核小體伸出來的柔軟尾巴,專門的酶把小小的化學基團接到這些尾巴上特定的氨基酸處。被研究得最多的兩種標記是乙醯化——加上一個乙醯基,通常會鬆開染色質,與活躍基因相關(它中和了組蛋白的正電荷,使它們抓DNA抓得不那麼緊)——以及甲基化,加上甲基,這可能意味著激活、也可能意味著沉默,全看標的究竟是哪個殘基、加了幾個基團。這套系統通過三類角色運作,常被描述為書寫者、讀取者和擦除者:書寫酶添加一個標記,擦除酶把它去掉,讀取蛋白識別這個標記並招募下一件機器——一個重塑因子、一個沉默複合物、或者轉錄機器。所以一個標記本身並不神奇;它之所以重要,是因為有東西在讀它。

把這叫做「密碼」是個有用的比喻,卻也是個有爭議的說法,誠實要求加上這條提醒。這些標記是真實的,書寫者、讀取者、擦除者也是真實的,而標記的組合確實與活躍或沉默狀態強烈相關。但它不是像遺傳密碼那樣僵硬的查找表——遺傳密碼裡每個密碼子恰好對應一個氨基酸;同一個標記在不同情境下可以有不同含義,標記彼此影響,而這層關係很大程度上是概率性的而非決定性的。把組蛋白密碼當作鋪在染色質上的、內容豐富而尚未完全理解的信號語言,而不是一套固定的密碼本。它是細胞在分裂時如何記住該讓哪些基因開著或關著的基礎,它的那些酶在癌症裡是活躍的藥物靶點。

組蛋白尾巴的乙醯化(比如組蛋白H3的第9號賴氨酸處)會鬆開染色質,被那些招募轉錄機器的蛋白質讀取——這是活躍基因的標誌;而在另一個殘基、第27號賴氨酸處的三甲基化,標記的卻是讓染色質沉默。

書寫者添加標記,擦除者去除標記,讀取者據此行事——一種寫在染色質上的信號語言。

這個「密碼」是個比喻,不是嚴格的密碼本。同一種修飾在不同情境下可以有不同含義,其讀出在很大程度上是概率性的——別指望有一套像遺傳密碼那樣「一個標記等於一種結果」的規則手冊。

又稱
histone modificationscovalent histone marks组蛋白修饰