表觀遺傳變化如何控製我們的基因

“綠茶有助於(yu) 對抗癌症！" - 一段時間以來，人們(men) 已經知道綠茶是如此健康，以至於(yu) 它甚至改善了日本的癌症統計數據[1]。但這是為(wei) 什麽(me) 呢？這個(ge) 問題的答案隻能通過表觀遺傳(chuan) 學找到。術語“表觀遺傳(chuan) 學"由遺傳(chuan) 學和表觀發生學（即生物的發育）組成，描述了一個(ge) 研究環境對我們(men) 基因的影響的研究領域[2]。所以問題是基因在什麽(me) 情況下被打開，什麽(me) 時候再次失活。基因活性的這些變化不是基於(yu) DNA序列的變化，例如通過突變或重組。相反，它們(men) 基於(yu) 染色質或與(yu) DNA結合的蛋白質的化學變化。 雖然這些表觀遺傳(chuan) 印記無法在基因型中檢測到，但由於(yu) DNA序列沒有改變，它們(men) 仍然可以很好地在表型中觀察到，也可以傳(chuan) 遞給子細胞[3]。

在綠茶的情況下，它是一種特定的表觀遺傳(chuan) 機製，觸發抗癌作用：當非發酵茶葉被衝(chong) 泡時，物質表沒食子兒(er) 茶素-3-沒食子酸酯（EGCG）被釋放出來。然後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(cong) 而可以發揮其抗癌作用[2]。這隻是表觀遺傳(chuan) 學的眾(zhong) 多例子之一，這些例子顯示了環境影響如何調節我們(men) 的基因。在許多科學家眼中，這個(ge) 新興(xing) 的研究領域有望更好地了解疾病並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(chuan) 機製之一是所謂的組蛋白的修飾。這些是基本蛋白質，作為(wei) 染色質的組成部分，對DNA的包裝至關(guan) 重要。組蛋白H2A，H2B，H3和H4各兩(liang) 個(ge) 拷貝形成八個(ge) 組蛋白的蛋白質複合物。這種組蛋白八聚體(ti) 形成核小體(ti) 的核心，DNA包裹在其周圍。這樣的核小體(ti) 代表了DNA的最小包裝單位[4]。從(cong) 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）。翻譯後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，不久後，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，在組蛋白上發現了許多其他翻譯後修飾（PTM），這些修飾在基因表達的調節中起重要作用（見圖1）。

組蛋白修飾既可以發生在組蛋白的非結構化N端和C端，也可以發生在核小體(ti) 核心內(nei) 的球狀區域（圖1）。一個(ge) 特定的命名法已經演變為(wei) 描述不同的修飾：首先，給出組蛋白的名稱（例如H3）。接下來是參與(yu) 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）。最後，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的翻譯後修飾.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(men) 發生在組蛋白的N端和C端以及核小體(ti) 核心內(nei) 的球狀區域[8]。

ChIP - 表觀遺傳學研究的重要方法

在我們(men) 仔細研究個(ge) 體(ti) 翻譯後組蛋白修飾及其對基因表達的影響之前，我們(men) 將更詳細地討論表觀遺傳(chuan) 學研究的基本方法之一：染色質免疫沉澱（ChIP）。該方法可用於(yu) 分析完整細胞中蛋白質與(yu) 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(yu) 特定的基因區域相關(guan) [10]。ChIP可用於(yu) 研究轉錄因子與(yu) 啟動子的結合，也可用於(yu) 探索各種組蛋白修飾的分布，從(cong) 而作為(wei) 表觀遺傳(chuan) 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於(yu) 某個(ge) 時間點的蛋白質-DNA結合（圖2）。隨後，從(cong) 細胞中提取的DNA通過超聲處理被片段化成50至1000個(ge) 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(guan) 蛋白特異性抗體(ti) 選擇性提取與(yu) 目標蛋白相關(guan) 的DNA片段。隨後，分離的DNA-蛋白質複合物通過熱處理再次溶解（圖2）。遊離的DNA片段現在可以純化，並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(yu) 活細胞中的相關(guan) DNA片段相關(guan) 或有多強[12]。

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

ChIP 中使用的抗體(ti) 必須具有高質量才能使實驗成功。我們(men) 的供應商 化驗精靈 提供多種經過驗證的優(you) 質 ChIP 抗體(ti) ，適用於(yu) 普通和新型 PTM。這些包括的修飾，如甲基化或乙酰化，以及相當奇特的修飾，如內(nei) 地酰化或SUMO化[14]。

甲基化

甲基化代表乙酰化的對應物，是最著名的表觀遺傳(chuan) 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(nei) 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，其抑製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製。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]。組蛋白甲基化存在於(yu) 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(wei) 去磷酸化，由蛋白質磷酸酶進行。組蛋白磷酸化可發生在具有羥基（絲(si) 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(cong) 而改變了染色質的結構。組蛋白磷酸化功能多種多樣，有助於(yu) 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(ge) 氨基酸組成的蛋白質）與(yu) 另一種蛋白質的附著。這標誌著蛋白酶體(ti) 或溶酶體(ti) 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，隻有一個(ge) 泛素分子連接到蛋白質上，而在多泛素化中，多個(ge) 分子連接到單個(ge) 蛋白質上。在多位點泛素化中，不止一個(ge) 泛素分子連接到靶蛋白的單個(ge) 賴氨酸殘基上[14]。組蛋白的泛素化與(yu) 真核基因表達的激活有關(guan) ，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(ge) 最重要和最著名的 PTM 之後，我們(men) 現在轉向更“異國情調"的修改。這些並不受歡迎，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(ge) 例子是β-羥基-丁酰化。這是酶將酮體(ti) β-羥基丁酸酯附著到組蛋白上的過程。這種修飾會(hui) 影響結構，從(cong) 而影響受影響的組蛋白的功能。β-羥基丁酰化與(yu) 多種組蛋白相關(guan) 疾病有關(guan) ，因此可能是新療法令人興(xing) 奮的靶點[14]。

蘇莫化

SUMO化是一種PTM，其中所謂的SUMO蛋白與(yu) 其他蛋白質的賴氨酸殘基共價(jia) 結合。相撲蛋白（s商場 u比素相關(guan)  莫difier）與(yu) 泛素具有結構相似性，並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[16]。這種修飾也會(hui) 影響蛋白質穩定性：SUMO化蛋白質通常比未修飾的蛋白質更穩定[14]。

尼迪爾化

Neddylation描述了一種PTM，其中泛素樣蛋白NEDD8（神經-前體(ti) -細胞表達發育下調 8）與(yu) 靶蛋白偶聯。在此過程中，NEDD8的C端甘氨酸的羧基與(yu) 靶蛋白中賴氨酸的Ɛ-氨基之間形成同肽鍵。該過程類似於(yu) 泛素化，但涉及其他酶。Neddylization在各種細胞過程中起著至關(guan) 重要的作用，例如轉錄，細胞接觸和泛素 - 蛋白酶體(ti) 係統的調節。內(nei) 迪爾化失調可能導致各種疾病的發展，包括癌症、神經退行性疾病和心髒病[17]。

巴豆酰化

作為(wei) 最後的PTM，讓我們(men) 簡要介紹一下巴豆酰化。在最近發現的修飾中，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Ɛ-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(wei) 代謝物被發現。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症等疾病的發展有影響[18]。

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用於表觀遺傳學研究的抗體

表觀遺傳(chuan) 變化在一生中發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(chuan) 學將為(wei) 一些以前無法用遺傳(chuan) 學解釋的與(yu) 年齡相關(guan) 的疾病提供答案。因此，表觀遺傳(chuan) 學研究可以為(wei) 創新療法提供動力，從(cong) 而為(wei) 醫學研究提供新的方向。

其基礎是對表觀遺傳(chuan) 修飾的分析，例如組蛋白修飾。此處描述的翻譯後修飾僅(jin) 代表已知PTM的一小部分。 您想了解有關(guan) 其他修改的更多信息嗎？然後看看 本頁 來自我們(men) 的供應商 化驗精靈！ 這裏 您還將找到 Assay Genie 全麵選擇高度驗證的染色質免疫沉澱抗體(ti) 的概述。

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Pan-specific

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