酵母组蛋白提取方法的优化与探索(3)
研究发现，组蛋白甲基转移酶的作用对象不仅仅限于组蛋白，某些非组蛋白也可以被组蛋白甲基转移酶甲基化，这将为探明细胞内部基因转录、信号转导、甚至个体的发育和分化机制提供更广阔的空间。
近年来，数十种酵母基因组测序的完成，标志着酵母基因组研究的后基因时代的来临，而随着大量的DNA序列信息的获得，蛋白质研究成为一种重要的研究酵母生物学机制的高通量方法。当前已经可以用凝胶电泳与质谱欧联的方法一次性研究大量的单板的表达。通过提取酵母中的组蛋白，随后进行的蛋白质印迹法即Western blot，观察蛋白质条带，最后利用质谱检测其组蛋白的表达是目前化学蛋白质组学中较为普遍也最为有效的方法之一。近来的蛋白微序列技术的发展，进一步促进了蛋白相互作用的研究。
2 组蛋白及其性质的研究
2.1 组蛋白简介
组蛋白（histone）是指所有真核生物的细胞核中，与DNA结合存在的碱性蛋白质的总称。其分子量约为10 000～20 000。其中，含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多，二者加起来约为所有氨基酸残基的1/4。组蛋白与带负电荷的双螺旋DNA结合成DNA-组蛋白复合物。又因氨基酸成分和分子量不同，主要分成5类。分别为：H1、H2A、H2B、H3、H4。H1的作用是与线形 DNA结合以帮助后者形成高级结构。它们富含带正电荷的碱性氨基酸，能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用[11]。
组蛋白的基因非常保守。亲缘关系较远的种属中，四种组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)氨基酸序列都非常相似，如海胆组织H3的氨基序列与来自小牛胸腺的H3的氨基酸序列间只有一个氨基酸的差异，小牛胸腺的H3的氨基酸序列与豌豆的H3也只有4个氨基酸不同。不同生物的H1序列变化较大，在某些组织中，H1被特殊的组蛋白所取代。如成熟的鱼类和鸟类的红细胞中H1则被H5所取代，精细胞中则由精蛋白代替组蛋白。染色质中的组蛋白与DNA的含量之比为1:1。
2.2 组蛋白的研究概况
近年来，组蛋白的修饰逐渐成为蛋白质组学在科学界研究的重点。这也是形成组蛋白各组分不均一性的主要原因。它修饰的方式有：
① 乙酰化。有两种，一种是H1、H2A、H4组蛋白的氨基末端乙酰化，形成α-乙酰丝氨酸，组蛋白在细胞质内合成后输入细胞核之前发生这一修饰。二是在H2A、H2B、H3、H4的氨基末端区域的某些专一位置形成N6-乙酰赖氨酸。组蛋白乙酰化呈多样性，核小体上有多个位点可提供乙酰化位点，但特定基因部位的组蛋白乙酰化和去乙酰化是以一种非随机的、位置特异的方式进行。乙酰化可能通过对组蛋白电荷以及相互作用蛋白的影响，来调节基因转录。早期对染色质及其特征性组分进行归类划分时就有人总结指出：异染色质结构域组蛋白呈低乙酰化，常染色质结构域组蛋白呈高乙酰化。最近有研究发现，某些HAT复合物含有一些常见的转录因子，某些HDAC复合物含有已被证实的阻遏蛋白。这些发现支持了高乙酰化与激活基因表达、低乙酰化与抑制基因表达有关的看法[12]。
② 磷酸化。所有组蛋白的组分均能磷酸化，在细胞分裂期间，H1的1～3个丝氨酸可以磷酸化。而在有丝分裂时期，H1有3～6个丝氨酸或苏氨酸发生磷酸化，其他四个核心组蛋白的磷酸化可以发生在氨基末端区域的丝氨酸残基上。组蛋白的磷酸化可能会改变组蛋白与DNA的结合。
③ 甲基化。组蛋白的甲基化仅存在于H3的9和27位和H4的20位的赖氨酸，鸭红细胞组蛋白H1和H5的组氨酸。组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶完成的。甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上，而且赖氨酸残基能够发生单、双、三甲基化，而精氨酸残基能够单、双甲基化，这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。甲基化的作用位点在赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）的侧链N原子上。组蛋白H3的第4、9、27和36位，H4的第20位Lys，H3的第2、l7、26位及H4的第3位Arg都是甲基化的常见位点。研究表明•，组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记，精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。相反，赖氨酸甲基化似乎是基因表达调控中一种较为稳定的标记。例如，H3第4位的赖氨酸残基甲基化与基因激活相关，而第9位和第27位赖氨酸甲基化与基因沉默相关。此外，H4—K20的甲基化与基因沉默相关，H3—K36和H3—K79的甲基化与基因激活有关。但应当注意的是，甲基化个数与基因沉默和激活的程度相关[13]。