美《科学》杂志罕见同时发表两篇中国专家文章
来源:中国新闻网
2010年02月20日00:27
中新社上海2月19日电(邹瑞玥)
美国当地时间2月19日,{zx1}出版的《科学》杂志,罕见地同时发表两篇复旦大学生物医学研究院的{zx1}成果。其中关于蛋白质向能量转化过程中“乙酰化修饰”的重要发现,对肝病、肿瘤等代谢疾病的xx研发提供了开拓性的思路,生物医学研究在一个全新的层面上呈现出广阔的前景。
19日,该项目的课题组负责人在此间介绍了此项研究在xx研发等方面的意义。两篇分别题为《代谢酶的乙酰化协调碳源的利用和代谢流》和《蛋白赖氨酸的乙酰化调控》的文章,分别研究了乙酰化对蛋白质进行修饰以及对代谢通路进行调控的问题。
据介绍,人体好比一个“战场”,细胞就是士兵,维持着人体的基本功能;“赤手空拳”的蛋白质被乙酰“武装”起来后,才可以变成为人体“作战”的士兵。嫁接上一个乙酰基分子,修饰后的蛋白质就可以对细胞内的各类通路进行xx调节与控制。
乙酰调控蛋白质活性变化,使其中活跃、不活跃的部分相互平衡。而当平衡出现问题,就会导致代谢疾病。据了解,人类疾病中与代谢相关的占80%,包括肝病、肿瘤等。如果研制出一种xx能使乙酰“改邪归正”,对细胞进行正确调控,将成为一种全新的xx方案。
“教科书中关于代谢调控内容将有可能被改写,乙酰化修饰的概念将可能成为代谢调控新内容”,相关负责人赵世民介绍说,细胞蛋白、代谢酶等大量非细胞核蛋白的乙酰化修饰,都是在研究中首次得到确认。
《科学》杂志以如此大的篇幅聚焦一个科研成果,实为罕见,充分显示了该研究的开拓性意义。《科学》的评论文章称:“了解赖氨酸乙酰化是如何调控,以及改变蛋白质乙酰化对特定细胞通路的影响,对人类疾病的意义不言而喻”。
遗传特异性由碱基序列决定,序列变化导致细胞行为改变。但是科学发展到今天,这已不是问题的全部。有人提出"表观遗传学"概念,表观遗传学的一个典型例子就是抑瘤基因异常甲基化与肿瘤相关。随着转录调控研究的深入,一种新的调节机制 --"组蛋白密码"日益被科研工作者重视,组蛋白密码信息存在于转录后组蛋白修饰等过程中。
在真核细胞的细胞核中,核小体是染色质的主要结构元件(见图)。核小体主要由四种组蛋白(H2A,H2B,H3和H4)构成。这四种组蛋白和缠绕于组蛋白的DNA共同组成了核小体。每个组蛋白都有进化上保守的N端拖尾伸出核小体外。这些拖尾是许多信号传导通路的靶位点,从而导致转录后修饰。该类修饰包括组蛋白磷酸化、乙酰化、甲基化、ADP-核糖基化等过程。尤其是组蛋白乙酰化、甲基化修饰能为相关调控蛋白提供其在组蛋白上的附着位点,改变染色质结构和活性。一般来说,组蛋白乙酰化能选择性的使某些染色质区域的结构从紧密变得松散,开放某些基因的转录,增强其表达水平。而组蛋白甲基化既可抑制也可增强基因表达。乙酰化修饰和甲基化修饰往往是相互排斥的。在细胞有丝分裂和凋亡过程中,磷酸化修饰能调控蛋白质复合体向染色质集结。
细胞对外在刺激作出的每一个反应几乎都会涉及到染色质活性的改变,这一改变就是通过修饰组蛋白,变换组蛋白密码实现的。既然几乎每一种生物学过程都有特定的组蛋白修饰标记,那么特定的组蛋白修饰标记就能反应相应的特定生物学过程。因此通过组蛋白修饰系列抗体特异性地识别靶蛋白修饰形式,就能简化对组蛋白修饰的研究
染色质的转录活性与组蛋白修饰相伴(见表1)。总体上来说,组蛋白乙酰化水平增加与转录活性增强有关,而组蛋白甲基化修饰的结果则相对复杂,它可以是转录增强或转录抑制。
表1-组蛋白修饰与转录状态
有丝分裂过程也与特异性组蛋白修饰有显著的相关性。在有丝分裂过程中,有数个组蛋白磷酸化反应,其中大多数由Aurora
B激酶催化。特异性组蛋白修饰可在有丝分裂的不同阶段检测到,在细胞核分裂中发挥多种功能。(见表2)
表2-组蛋白修饰于有丝分裂
组蛋白修饰还参与DNA损伤和凋亡。在凋亡的级联反应中,激酶(包括CHK1和CHK2)的主要底物之一是组蛋白衍生物H2A.X
,H2A.X的磷酸化是凋亡早期最早标志之一。在凋亡后期,Caspasexx蛋白激酶Mst1,
Mst1使组蛋白H2B的14位丝氨酸磷酸化。这一修饰在染色质浓缩步骤中可检测到,是凋亡途径良好的标记物。也有报道称在凋亡过程中发现组蛋白H2B的32位丝氨酸磷酸化。
随着组蛋白密码学说的进一步完善,研究者将能: 1更好地开发新药。研究组蛋白密码对xx开发具有战略意义,多种组蛋白修饰酶已成为相关疾病xx的靶目标。比如,组蛋白去乙酰酶(HDACs)抑制剂已应用于临床xx多种肿瘤;2 深入探讨遗传调控和表观遗传调控相互作用的网络与不同生物学表型之间的关系;3 在控制真核基因选择性表达的网络体系内进一步深入理解染色质结构、调控序列以及调控蛋白之间交互作用的内在机制;4 建立基因表达的调控网络数据库及其分析系统。总之,随着越来越多组蛋白核心结构区域和修饰方式的确定,组蛋白密码在基因调控过程中的作用会越来越明确。
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