“綠茶有助于對(duì)抗癌癥！" - 一段時(shí)間以來(lái)，人們已經(jīng)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(jì)數(shù)據(jù)[1]。但這是為什么呢？這個(gè)問(wèn)題的答案只能通過(guò)表觀遺傳學(xué)找到。術(shù)語(yǔ)“表觀遺傳學(xué)"由遺傳學(xué)和表觀發(fā)生學(xué)（即生物的發(fā)育）組成，描述了一個(gè)研究環(huán)境對(duì)我們基因的影響的研究領(lǐng)域[2]。所以問(wèn)題是基因在什么情況下被打開，什么時(shí)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(guò)突變或重組。相反，它們基于染色質(zhì)或與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)的化學(xué)變化。 雖然這些表觀遺傳印記無(wú)法在基因型中檢測(cè)到，但由于DNA序列沒(méi)有改變，它們?nèi)匀豢梢院芎玫卦诒硇椭杏^察到，也可以傳遞給子細(xì)胞[3]。

在綠茶的情況下，它是一種特定的表觀遺傳機(jī)制，觸發(fā)抗癌作用：當(dāng)非發(fā)酵茶葉被沖泡時(shí)，物質(zhì)表沒(méi)食子兒茶素-3-沒(méi)食子酸酯（EGCG）被釋放出來(lái)。然后EGCG重新激活編碼抗癌蛋白的基因。該基因經(jīng)常甲基化，特別是在老年人中，因此是沉默的。因此，當(dāng)飲用綠茶時(shí)，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(xué)的眾多例子之一，這些例子顯示了環(huán)境影響如何調(diào)節(jié)我們的基因。在許多科學(xué)家眼中，這個(gè)新興的研究領(lǐng)域有望更好地了解疾病并對(duì)其治療有新的了解。

表觀遺傳學(xué)的基礎(chǔ)之一：組蛋白修飾

基本的表觀遺傳機(jī)制之一是所謂的組蛋白的修飾。這些是基本蛋白質(zhì)，作為染色質(zhì)的組成部分，對(duì)DNA的包裝至關(guān)重要。組蛋白H2A，H2B，H3和H4各兩個(gè)拷貝形成八個(gè)組蛋白的蛋白質(zhì)復(fù)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?zhǔn)墙M蛋白修飾酶的靶標(biāo)（見圖1）。翻譯后修飾組蛋白的描述可以追溯到1960年代。當(dāng)時(shí)，對(duì)小牛胸腺組蛋白的分析檢測(cè)到甲基化賴氨酸，不久后，也可以檢測(cè)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(xiàn)了許多其他翻譯后修飾（PTM），這些修飾在基因表達(dá)的調(diào)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(jié)構(gòu)化N端和C端，也可以發(fā)生在核小體核心內(nèi)的球狀區(qū)域（圖1）。一個(gè)特定的命名法已經(jīng)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(lái)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(zhì)中的位置。現(xiàn)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(shè)定甲基的數(shù)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(nèi)的球狀區(qū)域[8]。

ChIP - 表觀遺傳學(xué)研究的重要方法

在我們仔細(xì)研究個(gè)體翻譯后組蛋白修飾及其對(duì)基因表達(dá)的影響之前，我們將更詳細(xì)地討論表觀遺傳學(xué)研究的基本方法之一：染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）。該方法可用于分析完整細(xì)胞中蛋白質(zhì)與特定DNA片段的相互作用[9]。目的是找出所檢查的蛋白質(zhì)是否與特定的基因區(qū)域相關(guān)[10]。ChIP可用于研究轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子的結(jié)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(diào)控的基礎(chǔ)[11]。

基本原理是通過(guò)用甲醛固定來(lái)捕獲存在于某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的蛋白質(zhì)-DNA結(jié)合（圖2）。隨后，從細(xì)胞中提取的DNA通過(guò)超聲處理被片段化成50至1000個(gè)堿基對(duì)的片段，留下結(jié)合的蛋白質(zhì)附著在DNA上。在下一步中，使用DNA相關(guān)蛋白特異性抗體選擇性提取與目標(biāo)蛋白相關(guān)的DNA片段。隨后，分離的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物通過(guò)熱處理再次溶解（圖2）。游離的DNA片段現(xiàn)在可以純化，并且使用進(jìn)一步的方法（例如PCR，NGS）可以定量和鑒定。由此可以得出結(jié)論，該蛋白質(zhì)是否與活細(xì)胞中的相關(guān)DNA片段相關(guān)或有多強(qiáng)[12]。

圖2: 染色質(zhì)免疫沉淀 （ChIP） 工作流程。 首先，DNA和相關(guān)蛋白質(zhì)之間的結(jié)合是固定的。然后，通過(guò)超聲將DNA切割成50至1000 bp長(zhǎng)的片段。使用針對(duì)DNA相關(guān)靶蛋白的特異性抗體，選擇性地免疫沉淀DNA-蛋白復(fù)合物。分離出的復(fù)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(duì)應(yīng)物，是最著名的表觀遺傳信號(hào)。除了組蛋白，DNA也可以直接甲基化。在此過(guò)程中，通過(guò)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶將甲基添加到胞嘧啶-鳥嘌呤序列（CpG）內(nèi)的胞嘧啶核苷酸中[14]。新鮮甲基化的CpG導(dǎo)致所謂的阻遏蛋白的募集，其抑制DNA和轉(zhuǎn)錄因子之間的相互作用。結(jié)果，相應(yīng)基因組片段中的基因表達(dá)受到抑制。在甲基化組蛋白的情況下，組蛋白構(gòu)象是封閉的，因此基因的轉(zhuǎn)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(tuán)通過(guò)蛋白激酶添加到分子中的過(guò)程。反向反應(yīng)稱為去磷酸化，由蛋白質(zhì)磷酸酶進(jìn)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(tuán)的插入顯著增加了組蛋白的負(fù)電荷，從而改變了染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。組蛋白磷酸化功能多種多樣，有助于基因表達(dá)的活化和失活[7]。

泛素化

泛素化描述了泛素（一種由76個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)）與另一種蛋白質(zhì)的附著。這標(biāo)志著蛋白酶體或溶酶體降解的目標(biāo)蛋白。已知三種主要類型的泛素化：?jiǎn)畏核鼗投喾核鼗约岸辔稽c(diǎn)單泛素化。在單泛素化中，只有一個(gè)泛素分子連接到蛋白質(zhì)上，而在多泛素化中，多個(gè)分子連接到單個(gè)蛋白質(zhì)上。在多位點(diǎn)泛素化中，不止一個(gè)泛素分子連接到靶蛋白的單個(gè)賴氨酸殘基上[14]。組蛋白的泛素化與真核基因表達(dá)的激活有關(guān)，但這種調(diào)控的分子基礎(chǔ)在很大程度上仍然未知[15]。

β-羥基丁酰化

在了解了四個(gè)最重要和最著名的 PTM 之后，我們現(xiàn)在轉(zhuǎn)向更“異國(guó)情調(diào)"的修改。這些并不受歡迎，但仍然對(duì)所涉及的蛋白質(zhì)有有趣的影響。這種異國(guó)情調(diào)的一個(gè)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(guò)程。這種修飾會(huì)影響結(jié)構(gòu)，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(guān)疾病有關(guān)，因此可能是新療法令人興奮的靶點(diǎn)[14]。

蘇莫化

SUMO化是一種PTM，其中所謂的SUMO蛋白與其他蛋白質(zhì)的賴氨酸殘基共價(jià)結(jié)合。相撲蛋白（s商場(chǎng) u比素相關(guān) 莫difier）與泛素具有結(jié)構(gòu)相似性，并在所有真核生物中形成高度保守的蛋白質(zhì)家族。SUMO化在許多細(xì)胞過(guò)程中起重要作用，包括蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、核細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)[16]。這種修飾也會(huì)影響蛋白質(zhì)穩(wěn)定性：SUMO化蛋白質(zhì)通常比未修飾的蛋白質(zhì)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(jīng)-前體-細(xì)胞表達(dá)發(fā)育下調(diào) 8）與靶蛋白偶聯(lián)。在此過(guò)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(guò)程類似于泛素化，但涉及其他酶。Neddylization在各種細(xì)胞過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，例如轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞接觸和泛素 - 蛋白酶體系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。內(nèi)迪爾化失調(diào)可能導(dǎo)致各種疾病的發(fā)展，包括癌癥、神經(jīng)退行性疾病和心臟病[17]。

巴豆酰化

作為最后的PTM，讓我們簡(jiǎn)要介紹一下巴豆酰化。在最近發(fā)現(xiàn)的修飾中，巴豆酰輔酶A分子連接到目標(biāo)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(tuán)。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(xiàn)。巴豆酰化影響許多不同的蛋白質(zhì)，包括組蛋白、轉(zhuǎn)錄因子和酶。它影響蛋白質(zhì)的功能和穩(wěn)定性。根據(jù)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(duì)癌癥等疾病的發(fā)展有影響[18]。

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用于表觀遺傳學(xué)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(xué)家確信，在未來(lái)，表觀遺傳學(xué)將為一些以前無(wú)法用遺傳學(xué)解釋的與年齡相關(guān)的疾病提供答案。因此，表觀遺傳學(xué)研究可以為創(chuàng)新療法提供動(dòng)力，從而為醫(yī)學(xué)研究提供新的方向。

其基礎(chǔ)是對(duì)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(guān)其他修改的更多信息嗎？然后看看 本頁(yè) 來(lái)自我們的供應(yīng)商 化驗(yàn)精靈！ 這里 您還將找到 Assay Genie 全面選擇高度驗(yàn)證的染色質(zhì)免疫沉淀抗體的概述。

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Pan-specific

Histone H3

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Histone H2A