真核生物的基因调控与表观遗传学

组蛋白密码(the histone code)

想象DNA缠绕的那些线轴上伸出几面小旗,细胞可以往上别不同颜色的旗——这里一面绿旗意思是“读我”,那里一面红旗意思是“让我合着”。别的蛋白质走过来,读这些旗,照着行事。这就是组蛋白密码背后的念头:往核小体的组蛋白上添加化学标记,给一段染色质标上开放或闭合,帮着决定它的基因要不要被读取。

组蛋白有从核小体伸出来的柔软尾巴,专门的酶把小小的化学基团接到这些尾巴上特定的氨基酸处。被研究得最多的两种标记是乙酰化——加上一个乙酰基,通常会松开染色质,与活跃基因相关(它中和了组蛋白的正电荷,使它们抓DNA抓得不那么紧)——以及甲基化,加上甲基,这可能意味着激活、也可能意味着沉默,全看标的究竟是哪个残基、加了几个基团。这套系统通过三类角色运作,常被描述为书写者、读取者和擦除者:书写酶添加一个标记,擦除酶把它去掉,读取蛋白识别这个标记并招募下一件机器——一个重塑因子、一个沉默复合物、或者转录机器。所以一个标记本身并不神奇;它之所以重要,是因为有东西在读它。

把这叫做“密码”是个有用的比喻,却也是个有争议的说法,诚实要求加上这条提醒。这些标记是真实的,书写者、读取者、擦除者也是真实的,而标记的组合确实与活跃或沉默状态强烈相关。但它不是像遗传密码那样僵硬的查找表——遗传密码里每个密码子恰好对应一个氨基酸;同一个标记在不同情境下可以有不同含义,标记彼此影响,而这层关系很大程度上是概率性的而非决定性的。把组蛋白密码当作铺在染色质上的、内容丰富而尚未完全理解的信号语言,而不是一套固定的密码本。它是细胞在分裂时如何记住该让哪些基因开着或关着的基础,它的那些酶在癌症里是活跃的药物靶点。

组蛋白尾巴的乙酰化(比如组蛋白H3的第9号赖氨酸处)会松开染色质,被那些招募转录机器的蛋白质读取——这是活跃基因的标志;而在另一个残基、第27号赖氨酸处的三甲基化,标记的却是让染色质沉默。

书写者添加标记,擦除者去除标记,读取者据此行事——一种写在染色质上的信号语言。

这个“密码”是个比喻,不是严格的密码本。同一种修饰在不同情境下可以有不同含义,其读出在很大程度上是概率性的——别指望有一套像遗传密码那样“一个标记等于一种结果”的规则手册。

又称
histone modificationscovalent histone marks组蛋白修饰