“綠茶有助于對抗癌癥！" - 一段時間以來，人們已經知道綠茶是如此健康，以至于它甚至改善了日本的癌癥統(tǒng)計數據[1]。但這是為什么呢？這個問題的答案只能通過表觀遺傳學找到。術語“表觀遺傳學"由遺傳學和表觀發(fā)生學（即生物的發(fā)育）組成，描述了一個研究環(huán)境對我們基因的影響的研究領域[2]。所以問題是基因在什么情況下被打開，什么時候再次失活。基因活性的這些變化不是基于DNA序列的變化，例如通過突變或重組。相反，它們基于染色質或與DNA結合的蛋白質的化學變化。 雖然這些表觀遺傳印記無法在基因型中檢測到，但由于DNA序列沒有改變，它們仍然可以很好地在表型中觀察到，也可以傳遞給子細胞[3]。

在綠茶的情況下，它是一種特定的表觀遺傳機制，觸發(fā)抗癌作用：當非發(fā)酵茶葉被沖泡時，物質表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯（EGCG）被釋放出來。然后EGCG重新激活編碼抗癌蛋白的基因。該基因經常甲基化，特別是在老年人中，因此是沉默的。因此，當飲用綠茶時，該基因再次被打開，從而可以發(fā)揮其抗癌作用[2]。這只是表觀遺傳學的眾多例子之一，這些例子顯示了環(huán)境影響如何調節(jié)我們的基因。在許多科學家眼中，這個新興的研究領域有望更好地了解疾病并對其治療有新的了解。

表觀遺傳學的基礎之一：組蛋白修飾

基本的表觀遺傳機制之一是所謂的組蛋白的修飾。這些是基本蛋白質，作為染色質的組成部分，對DNA的包裝至關重要。組蛋白H2A，H2B，H3和H4各兩個拷貝形成八個組蛋白的蛋白質復合物。這種組蛋白八聚體形成核小體的核心，DNA包裹在其周圍。這樣的核小體代表了DNA的最小包裝單位[4]。從它突出組蛋白鏈的末端，組蛋白鏈是組蛋白修飾酶的靶標（見圖1）。翻譯后修飾組蛋白的描述可以追溯到1960年代。當時，對小牛胸腺組蛋白的分析檢測到甲基化賴氨酸，不久后，也可以檢測到乙酰化賴氨酸[5，6]。今天 賴氨酸的甲基化和乙酰化代表了最著名的組蛋白修飾。然而，在組蛋白上發(fā)現了許多其他翻譯后修飾（PTM），這些修飾在基因表達的調節(jié)中起重要作用（見圖1）。

組蛋白修飾既可以發(fā)生在組蛋白的非結構化N端和C端，也可以發(fā)生在核小體核心內的球狀區(qū)域（圖1）。一個特定的命名法已經演變?yōu)槊枋霾煌男揎棧菏紫龋o出組蛋白的名稱（例如H3）。接下來是參與其單字母代碼的氨基酸（例如K表示賴氨酸）以及氨基酸在蛋白質中的位置。現在提到了修飾的類型（例如，Me代表甲基，P代表磷酸鹽或Ac代表乙酰基）。最后，還可以設定甲基的數量（在賴氨酸和精氨酸的情況下）[7]。例如，名稱H3K4me3代表組蛋白3位置4處賴氨酸的三甲基化。

圖1：組蛋白H2A、H2B、H3和H4的翻譯后修飾.圖中顯示了四種主要的PTM甲基化，乙酰化，泛素化和磷酸化。它們發(fā)生在組蛋白的N端和C端以及核小體核心內的球狀區(qū)域[8]。

ChIP - 表觀遺傳學研究的重要方法

在我們仔細研究個體翻譯后組蛋白修飾及其對基因表達的影響之前，我們將更詳細地討論表觀遺傳學研究的基本方法之一：染色質免疫沉淀（ChIP）。該方法可用于分析完整細胞中蛋白質與特定DNA片段的相互作用[9]。目的是找出所檢查的蛋白質是否與特定的基因區(qū)域相關[10]。ChIP可用于研究轉錄因子與啟動子的結合，也可用于探索各種組蛋白修飾的分布，從而作為表觀遺傳基因調控的基礎[11]。

基本原理是通過用甲醛固定來捕獲存在于某個時間點的蛋白質-DNA結合（圖2）。隨后，從細胞中提取的DNA通過超聲處理被片段化成50至1000個堿基對的片段，留下結合的蛋白質附著在DNA上。在下一步中，使用DNA相關蛋白特異性抗體選擇性提取與目標蛋白相關的DNA片段。隨后，分離的DNA-蛋白質復合物通過熱處理再次溶解（圖2）。游離的DNA片段現在可以純化，并且使用進一步的方法（例如PCR，NGS）可以定量和鑒定。由此可以得出結論，該蛋白質是否與活細胞中的相關DNA片段相關或有多強[12]。

圖2: 染色質免疫沉淀 （ChIP） 工作流程。 首先，DNA和相關蛋白質之間的結合是固定的。然后，通過超聲將DNA切割成50至1000 bp長的片段。使用針對DNA相關靶蛋白的特異性抗體，選擇性地免疫沉淀DNA-蛋白復合物。分離出的復合物后，可以純化DNA并確定其序列[13]。

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甲基化

甲基化代表乙酰化的對應物，是最著名的表觀遺傳信號。除了組蛋白，DNA也可以直接甲基化。在此過程中，通過DNA甲基轉移酶將甲基添加到胞嘧啶-鳥嘌呤序列（CpG）內的胞嘧啶核苷酸中[14]。新鮮甲基化的CpG導致所謂的阻遏蛋白的募集，其抑制DNA和轉錄因子之間的相互作用。結果，相應基因組片段中的基因表達受到抑制。在甲基化組蛋白的情況下，組蛋白構象是封閉的，因此基因的轉錄不再可能[3]。組蛋白甲基化存在于賴氨酸和精氨酸上[7]。  

磷酸化

磷酸化描述了ATP的磷酸基團通過蛋白激酶添加到分子中的過程。反向反應稱為去磷酸化，由蛋白質磷酸酶進行。組蛋白磷酸化可發(fā)生在具有羥基（絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸）的氨基酸上。磷酸基團的插入顯著增加了組蛋白的負電荷，從而改變了染色質的結構。組蛋白磷酸化功能多種多樣，有助于基因表達的活化和失活[7]。

泛素化

泛素化描述了泛素（一種由76個氨基酸組成的蛋白質）與另一種蛋白質的附著。這標志著蛋白酶體或溶酶體降解的目標蛋白。已知三種主要類型的泛素化：單泛素化和多泛素化以及多位點單泛素化。在單泛素化中，只有一個泛素分子連接到蛋白質上，而在多泛素化中，多個分子連接到單個蛋白質上。在多位點泛素化中，不止一個泛素分子連接到靶蛋白的單個賴氨酸殘基上[14]。組蛋白的泛素化與真核基因表達的激活有關，但這種調控的分子基礎在很大程度上仍然未知[15]。

β-羥基丁酰化

在了解了四個最重要和最著名的 PTM 之后，我們現在轉向更“異國情調"的修改。這些并不受歡迎，但仍然對所涉及的蛋白質有有趣的影響。這種異國情調的一個例子是β-羥基-丁酰化。這是酶將酮體β-羥基丁酸酯附著到組蛋白上的過程。這種修飾會影響結構，從而影響受影響的組蛋白的功能。β-羥基丁酰化與多種組蛋白相關疾病有關，因此可能是新療法令人興奮的靶點[14]。

蘇莫化

SUMO化是一種PTM，其中所謂的SUMO蛋白與其他蛋白質的賴氨酸殘基共價結合。相撲蛋白（s商場 u比素相關 莫difier）與泛素具有結構相似性，并在所有真核生物中形成高度保守的蛋白質家族。SUMO化在許多細胞過程中起重要作用，包括蛋白質-蛋白質相互作用、核細胞質轉運、信號轉導和細胞周期調節(jié)[16]。這種修飾也會影響蛋白質穩(wěn)定性：SUMO化蛋白質通常比未修飾的蛋白質更穩(wěn)定[14]。

尼迪爾化

Neddylation描述了一種PTM，其中泛素樣蛋白NEDD8（神經-前體-細胞表達發(fā)育下調 8）與靶蛋白偶聯(lián)。在此過程中，NEDD8的C端甘氨酸的羧基與靶蛋白中賴氨酸的?-氨基之間形成同肽鍵。該過程類似于泛素化，但涉及其他酶。Neddylization在各種細胞過程中起著至關重要的作用，例如轉錄，細胞接觸和泛素 - 蛋白酶體系統(tǒng)的調節(jié)。內迪爾化失調可能導致各種疾病的發(fā)展，包括癌癥、神經退行性疾病和心臟病[17]。

巴豆酰化

作為最后的PTM，讓我們簡要介紹一下巴豆酰化。在最近發(fā)現的修飾中，巴豆酰輔酶A分子連接到目標蛋白的賴氨酸殘基上。這通常是組蛋白中賴氨酸的?-氨基基團。巴豆酰輔酶A是巴豆酸和輔酶A之間的硫酯。它在氨基酸L-賴氨酸和L-色氨酸的降解中作為代謝物被發(fā)現。巴豆酰化影響許多不同的蛋白質，包括組蛋白、轉錄因子和酶。它影響蛋白質的功能和穩(wěn)定性。根據巴豆酰輔酶A分子的定位，靶蛋白的活性可以增加或減少。這種修飾也被懷疑對癌癥等疾病的發(fā)展有影響[18]。

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用于表觀遺傳學研究的抗體

表觀遺傳變化在一生中發(fā)生的頻率是基因突變的很多倍[19]。因此，許多科學家確信，在未來，表觀遺傳學將為一些以前無法用遺傳學解釋的與年齡相關的疾病提供答案。因此，表觀遺傳學研究可以為創(chuàng)新療法提供動力，從而為醫(yī)學研究提供新的方向。

其基礎是對表觀遺傳修飾的分析，例如組蛋白修飾。此處描述的翻譯后修飾僅代表已知PTM的一小部分。 您想了解有關其他修改的更多信息嗎？然后看看 本頁 來自我們的供應商 化驗精靈！ 這里 您還將找到 Assay Genie 全面選擇高度驗證的染色質免疫沉淀抗體的概述。

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Pan-specific

Histone H3

Histone H4

Histone H2A