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蛋白質(zhì)乙?；揎棧櫭剂x指的就是在蛋白質(zhì)原有基礎(chǔ)上面嫁接上乙?；鶊F。在細胞中，乙?；揎椀姆磻?yīng)由乙?；D(zhuǎn)移酶所催化，將乙酰輔酶A的乙?；D(zhuǎn)移并添加在蛋白質(zhì)賴氨酸殘基上。在早期的研究中，乙?；揎椧恢北徽J為是真核細胞所特有的一種翻譯后修飾，直到后來研究發(fā)現(xiàn)原核細胞中也存在著蛋白質(zhì)乙?；揎?。所以，乙?；揎検窃撕驼婧松锼灿械囊环N翻譯后修飾類型。

   蛋白的乙酰化修飾早在20世紀60年代就被發(fā)現(xiàn)了，但真正受到科學界“追捧”卻是經(jīng)歷長達半個世紀的“辛酸”歷程。1964年，乙?；闰?qū) Vincent Allfrey 確定了組蛋白（histone）中的乙?；?，并提出了這種蛋白修飾在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中可能有作用。同時期發(fā)現(xiàn)的磷酸化修飾自1959年確定后，即得到了飛速發(fā)展，而乙酰化修飾在發(fā)現(xiàn)后的30年間并未得到科學家的重視，直到近20年隨著乙?；嚓P(guān)酶以及非組蛋白乙?；饾u被“解鎖”，乙?；矫娴奈恼聰?shù)量呈井噴式增長。2006年，抗體富集和質(zhì)譜技術(shù)被引入乙?；嚓P(guān)研究，檢測到的修飾蛋白數(shù)得到極大提升，乙?；綍x升為蛋白翻譯后修飾研究的“當紅小生”之一。

1.乙酰化

賴氨酸乙?；强赡娴姆g后修飾，在調(diào)控蛋白質(zhì)功能、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達中起重要作用。許多轉(zhuǎn)錄輔助活化因子都具有乙?；D(zhuǎn)移酶內(nèi)在活性，而轉(zhuǎn)錄輔助抑制因子則與去乙酰酶活性相關(guān)。作為對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的響應(yīng)，乙?；瘡?fù)合體（例如 CBP/p300 和 PCAF）或去乙?；瘡?fù)合體（例如 Sin3、NuRD、NcoR 和 SMRT）聚集成為結(jié)合 DNA 的轉(zhuǎn)錄因子 (TF)。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶 (HAT) 作用下的組蛋白高度乙?；c轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)，而組蛋白去乙?；?(HDAC) 作用下的組蛋白去乙?；瘎t與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)。組蛋白乙?；ㄟ^重構(gòu)更高層級的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，弱化組蛋白與 DNA 之間的相互作用，以及為轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合體提供結(jié)合位點來促進轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合體包括含有布羅莫結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)能夠結(jié)合乙酰化賴氨酸。組蛋白去乙?；瘎t通過相反的機制來抑制轉(zhuǎn)錄，這些機制包括高級染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的組裝，以及排除含有布羅莫結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合體。組蛋白低乙?；钱惾旧|(zhì)沉默的標志。越來越多的非組蛋白的特定位點乙?；驯蛔C實可調(diào)節(jié)其活性、定位、特異性相互作用以及穩(wěn)定性/降解。值得一提的是，最近質(zhì)譜分析技術(shù)取得的進展實現(xiàn)以高分辨率對所有蛋白質(zhì)組中的大多數(shù)乙?；稽c進行定位。這些研究顯示“乙酰組”在大約 1750 個蛋白中包含近 3600 個乙酰化位點，表明乙酰化修飾是自然界最豐富的化學修飾之一。事實上，這一標志可能影響蛋白質(zhì)各種不同生理過程的活動，包括染色質(zhì)重構(gòu)、細胞周期、剪接、核轉(zhuǎn)運、線粒體生物學，以及肌動蛋白成核。在生物體方面，乙?；瘜γ庖?、生理節(jié)律以及記憶的形成有重要作用。蛋白質(zhì)乙?；潜姸嗉膊⌒滤幵O(shè)計的有利靶標。

01

HAT的發(fā)現(xiàn)

在1964年，ALLFREY發(fā)現(xiàn)組蛋白乙酰化修飾影響著基因的活性，但未找到乙酰化酶或去乙?；?。1995年時也曾發(fā)現(xiàn)一種酶在組蛋白進入細胞核以前使剛合成的組蛋白乙?；?，這種酶現(xiàn)稱為細胞質(zhì)乙酰基轉(zhuǎn)移酶(HAM)。乙?；竿ㄟ^傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)分類方法是很難找到的。直到ALLIS和BROWNELL研究出了一種新的蛋白質(zhì)分離方法，并以四膜蟲的核提取物為實驗對象，最終找到了乙酰化酶，并命名為histone acetyltransferase type A (HATA)，屬于一類轉(zhuǎn)移酶。此后就開始在基因庫中尋找那些序列和HATA相似的基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)酵母基因Gcn5p與四膜蟲的HATA非常相似，實驗也證明Gcn5p在酵母中的作用就相當于HATA在四膜蟲所起的作用。
 

02

乙酰化酶的分類 

乙?；福╝cetyltransferase），或稱組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histoneacetyltransferase，HAT），是使組蛋白乙?；?，減弱組蛋白與DNA的緊密結(jié)合能力，促進轉(zhuǎn)錄的酶。研究表明HAT活性異?？蓪?dǎo)致從神經(jīng)性病變到癌癥等多種疾病的發(fā)生。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）及組蛋白去乙?；福℉DAC）調(diào)節(jié)組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子的乙?；剑瑥亩诳刂萍毎顒又邪l(fā)揮著重要作用。

      根據(jù)HATs的來源和功能將其分為兩類：A型位于細胞核內(nèi)，與染色質(zhì)上的組蛋白結(jié)合，主要乙?；诵◇w組蛋白，也可使非組蛋白乙酰化，與基因轉(zhuǎn)錄相關(guān)；B型存在于細胞質(zhì)，使細胞質(zhì)中新合成的游離組蛋白乙酰化，利于其轉(zhuǎn)運到細胞核中，因而對基因表達調(diào)控起重要作用的主要是A型HATs。研究發(fā)現(xiàn)，許多轉(zhuǎn)錄輔激活因子具有內(nèi)源性的A型HATs活性。目前已被鑒定的HATs有二十多種，主要為如下幾個家族：GNAT(Gcn5-related N-acetyltransferases)家族，其主要成員有Gcn5、PCAF、Elp3、Hatl、Hpa2等；MYST家族；P300／CBP家族；另外還有一些轉(zhuǎn)錄因子，如TAFII250；核受體輔激活物，如ACTR、SRCl等.（1）GNAT家族：GNAT家族(Gcn5-related N-acetyltransferases)是迄今了解的比較全面的一個超家族，它們是在若干同源區(qū)和乙?；嚓P(guān)基序上相似的一類物質(zhì)。包括Gcn5(general control nonderepressible-5’)，Elp3、Hatl、Hpa2，另外還包括其它的真核和原核不同底物的乙酰轉(zhuǎn)移酶，顯示出這類物質(zhì)在進化的過程中的保守性和廣泛性。在N末端到C末端的四個序列基序C，D，A，B的功能還不是很清楚，C基序存在于大多數(shù)GNAT家族乙酰轉(zhuǎn)移酶，但是在多數(shù)已知的HAT上卻沒有。A基序是高度保守的區(qū)域，與MYST蛋白共有。此外，還包括一個Arg/Gln-X-X-Gly-X-Gly/Ala片斷，可特異性識別結(jié)合乙酰輔酶A底物。（2）MYST家族：一組進化相關(guān)蛋白，主要成員有MOZ、Ybs2/Sas3、Sas2和Tip60，另有酵母Esal，果蠅MOF，人HB01和MORF。這組蛋白有著相似的片段和特異的乙酰轉(zhuǎn)移酶同源區(qū)(部分基序A與GNAT共有)。（3）p300／CBP：p300／CBP是一個大約300kDa，2400個殘基的大蛋白，它是一個無處不在的，通用的轉(zhuǎn)錄共活化物，在多種細胞過程中起著重要的作用，包括細胞的周期、分化、凋亡。p300和CBP的變異與特定的癌癥和其它人類疾病過程相關(guān)。在分子水平上，p300／CBP是參與多種DNA轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的轉(zhuǎn)錄協(xié)同因子，通過和一些特定的轉(zhuǎn)錄因子(如CBEB、核激素受體、癌蛋白相關(guān)因子c-Fos，C-Jun，c-Myb)形成復(fù)合物，幫助啟動特定基因的表達。（4）細胞核受體共活化物：激素信號也能激活HAT蛋白參與轉(zhuǎn)錄，因此，人類細胞核共活化物也是一類獨特的HAT蛋白家族，包括SRC-1(steroidreceptorcoaetivator-1)、ACTR和TIF2。（5）TFIIIC：實驗表明，組蛋白乙?；D(zhuǎn)錄中的功能亞單位TFIIIC，是RNA聚合酶Ⅲ的一個普通轉(zhuǎn)錄因子，近來被鑒定為HATs。其功能是通過結(jié)合啟動DNA和招募TBP-TFⅢB、多聚酶RNA III啟動轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的形成。近期體內(nèi)實驗純化得到人類TFⅢC顯示了其潛在的HAT活性。可乙?；疕3、H4、H2A單體組蛋白和核小體。

2.去乙?；?/strong>

組蛋白去乙?；?histone deacetylase,HDAC)是一類蛋白酶,對染色體的結(jié)構(gòu)修飾和基因表達調(diào)控發(fā)揮著重要的作用。一般情況下,組蛋白的乙酰化有利于DNA與組蛋白八聚體的解離，核小體結(jié)構(gòu)松弛，從而使各種轉(zhuǎn)錄因子和協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子能與DNA結(jié)合位點特異性結(jié)合，激活基因的轉(zhuǎn)錄。而組蛋白的去乙?；瘎t發(fā)揮相反的作用。

01

去乙?；傅陌l(fā)現(xiàn)

HDACs最初在釀酒酵母中發(fā)現(xiàn)，后來相繼在不同的生物中發(fā)現(xiàn)多種HDACs，它們具有不同的功能。

02

去乙?；傅姆诸?/strong>

至今已發(fā)現(xiàn)的人類HDACs有18種，根據(jù)其與釀酒酵母的三種HDACs(Rpd3、Hdal和Sir2)的同源性分為三類。第1類與與酵母的Rpd3同源，結(jié)構(gòu)相近，包括HDACl、HDAC2、HDAC3、HDAC8、HDACI1；第Ⅱ類與第I類有相近的催化活性。但二者在結(jié)構(gòu)核功能上有明顯的不同。第Ⅱ類與酵母Hdal有相近的催化結(jié)構(gòu)，又可分為A亞類和B亞類，ⅡA類是轉(zhuǎn)錄共遏制因子(corepressor)，包括HDAC4、HDAC5、HDAC7、HDAC9，ⅡB類包括HDAC6、HDACl0。第Ⅲ類與酵母中的Sir2同源，已在人細胞中鑒定出7種，分別為SirTl-7。HDACs在真核細胞中相當保守。在HDAC／Rpd3家族中，各種酶的C末端均有3個區(qū)域含有高度保守的氨基酸殘基(組氨酸、天冬氨酸、甘氨酸)，如果將HDACl的這3個區(qū)域中的天冬氨酸核組氨酸突變?yōu)樘於０被虮彼幔瑒t去乙?；饔脮糠只蛲耆?，即上述這些區(qū)域可能是酶活性位點的組成部分。

3

組蛋白乙?；?/strong>

細胞核中的染色體是高度壓縮的，而折疊時DNA纏繞的就是組蛋白。


將組蛋白區(qū)域放大，我們就會看到這樣一串念珠，組蛋白被一根DNA序列串起來。


為了方便研究，我們將一個組蛋白和其附近 147bp DNA片段，叫一個核小體。也就是說，核小體 = 組蛋白 + DNA(147bp)


把組蛋白拆開來，它其實有八個部分來構(gòu)成：組蛋白八聚體 = 2個H2B + 2個H2A + 2個H3 + 2個H4


下面是檢測到的組蛋白三維結(jié)構(gòu)示意圖，細心的你們一定會發(fā)現(xiàn)在每種組蛋白結(jié)構(gòu)都會伸出來一小段“線頭”，這是蛋白質(zhì)的N端，也叫尾巴(tail)。

事實上，每個組蛋白結(jié)構(gòu)都會延伸出這個“尾巴”，組蛋白修飾就是在這個尾巴上進行的。

01

組蛋白乙?；?/strong>

組蛋白甲基化和乙?；饕l(fā)生在它們的N-末端尾部并且可以影響基因的轉(zhuǎn)錄。組蛋白乙?；饕c基因激活有關(guān)，組蛋白乙?；饕l(fā)生在H3、H4的N端比較保守的賴氨酸位置上，是由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去乙?；竻f(xié)調(diào)進行。特定基因區(qū)域的組蛋白乙?；腿ヒ阴；且砸环N非隨機的、位置特異的方式進行。乙酰化可能通過對組蛋白電荷以及相互作用蛋白的影響，來調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄

總結(jié)下，目前學到的組蛋白修飾及其作用：

這些組蛋白修飾也可以共同作用來完成調(diào)控，比如，H3K9ac也與H3K14ac和H3K4me3高度共存共同作為活性基因動子的標志。

02

其他組蛋白乙?；?/strong>

4

非組蛋白乙酰化

蛋白質(zhì)乙?；钤绨l(fā)現(xiàn)主要發(fā)生在細胞核內(nèi)的組蛋白上，參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄過程。后來，隨著蛋白質(zhì)譜靈敏度的增加，越來越多的非組蛋白被發(fā)現(xiàn)也會發(fā)生乙?；揎棥５鞍滓阴；芯块_始在代謝、免疫、細胞周期、DNA損傷修復(fù)、凋亡、自噬等領(lǐng)域如火如荼地展開。

一篇2019年末發(fā)表在Nature Communications上的自噬領(lǐng)域的研究論文為例簡要剖析一下基本的研究思路。

目標蛋白是否存在乙?；揎棧吭撜撐难芯康氖亲允墒荏w蛋白p62。為了確定p62是否存在乙?；揎?，作者首先用了兩種去乙酰化酶抑制劑TSA（HDAC家族抑制劑）和NAM（Sirtuin家族抑制劑），確定內(nèi)源的p62和外源的p62在細胞中均可以發(fā)生乙酰化。
值得注意的是，只有TSA處理能夠提高p62的乙?；剑@里就提示p62的去乙?；^程由HDACs而非Sirtuins介導(dǎo)。

乙?；绞艿皆鯓拥恼{(diào)控？作者用了多種刺激處理細胞，包括饑餓和MG132（蛋白酶體抑制劑）等，發(fā)現(xiàn)只有饑餓能夠顯著提高p62的乙?；?。多說一句，有一位大牛這樣講過，不受調(diào)控的蛋白翻譯后修飾都是耍流氓，可見找到蛋白翻譯后修飾的調(diào)控模式多么重要。

確定乙?；D(zhuǎn)移酶在哺乳動物細胞中，介導(dǎo)蛋白發(fā)生乙?；揎椀闹饕╬300、CBP、PCAF、GCN5和TIP60在內(nèi)的5種乙酰化轉(zhuǎn)移酶。一般只需要在細胞內(nèi)進行簡單的篩選，如在細胞內(nèi)分別高表達或者敲除/低以上乙酰轉(zhuǎn)移酶，檢測目標蛋白的乙?；?，基本就可以確定目標蛋白的乙?；赡膫€乙酰轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)。在這篇文章里，作者發(fā)現(xiàn)在細胞內(nèi)高表達TIP60能夠顯著提高p62的乙?；?br/>
確定去乙?；赣捎谝呀?jīng)確定p62的去乙?；^程由HDACs介導(dǎo)。因此作者就利用不同的HDAC在細胞內(nèi)作了簡單的篩選，發(fā)現(xiàn)在細胞內(nèi)高表達HDAC6能夠顯著降低p62的乙?；剑簿捅砻鱬62的去乙?；蒆DAC6介導(dǎo)。作者進一步利用體外實驗證明HDAC6可以直接去乙酰化p62。

確定乙?；稽c一般確定乙?；稽c有兩種常用的方法：在細胞內(nèi)直接純化目標蛋白進行質(zhì)譜鑒定；在體外利用純化的目標蛋白與乙酰轉(zhuǎn)移酶進行體外乙?；磻?yīng)，將反應(yīng)后的目標蛋白進行質(zhì)譜鑒定。無論哪種方法確定的乙酰化位點，都要通過構(gòu)建突變體進行最后的確定。乙?；饕l(fā)生在賴氨酸（K）上，一般而言，賴氨酸突變?yōu)榫彼幔≧）相當于模擬去乙酰化，賴氨酸突變?yōu)楣劝滨０罚≦）相當于模擬乙?；?。
對目標蛋白的影響確定了乙酰化位點，一般就可以利用構(gòu)建的模擬乙?；?去乙?；蛔凅w研究乙?；瘜τ谀繕说鞍坠δ艿挠绊?。在這篇文章中，由于乙?；稽c主要發(fā)生在介導(dǎo)p62結(jié)合泛素的UBA結(jié)構(gòu)域，因此作者就檢測了乙?；?去乙酰化突變體與泛素的結(jié)合情況，以及對UBA結(jié)構(gòu)域形成二聚體影響。

生物學功能僅僅研究乙?；揎棇τ谀繕说鞍椎挠绊戇€不夠，一般還需要進一步在細胞水平或者動物水平研究目標蛋白乙?；纳飳W功能。由于p62主要作為自噬受體在自噬過程中發(fā)揮作用。作者因此檢測了誘導(dǎo)自噬條件下細胞內(nèi)泛素化蛋白的降解情況和對細胞活力的影響。
總結(jié)而言，蛋白的乙?；揎椦芯恳话惆ㄒ韵虏襟E：確定目標蛋白是否存在乙?；?；篩選乙?；?去乙酰化酶；鑒定乙?；稽c；解析乙?；瘜δ繕说鞍椎挠绊?；探究目標蛋白乙?；纳飳W功能。

5.總結(jié)

乙?；且粋€普遍而重要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，不僅集中在對細胞染色體結(jié)構(gòu)的影響以及對核內(nèi)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的激活方面，而且還影響參與細胞周期和新陳代謝、肌動蛋白聚合控制、腫瘤及多聚谷氨酰胺疾病等方方面面。乙?；粌H存在于真核細胞中，而且越來越多的證據(jù)也表明乙酰化同樣影響許多原核細胞的生理生化過程。

早期的研究發(fā)現(xiàn)乙?；饕l(fā)生在組蛋白賴氨酸位點上，但是隨著后來的研究發(fā)現(xiàn)越來越多的非組蛋白的特定位點乙?；脖蛔C實可調(diào)節(jié)其活性、定位、特異性互作及蛋白質(zhì)穩(wěn)定性等。
除了賴氨酸可以發(fā)生乙?；揎椡?，也有研究發(fā)現(xiàn)存在著絲氨酸、蘇氨酸的乙?；揎?，并且絲氨酸和蘇氨酸的乙?；揎椗c這些氨基酸的磷酸化修飾相互競爭，從而改變細胞的信號通路機制。這些研究發(fā)現(xiàn)說明了：賴氨酸、絲氨酸、蘇氨酸等氨基酸的乙?；揎椏梢耘c甲基化、泛素化、磷酸化、糖基化等翻譯后修飾相互競爭，從而影響細胞信號通路機制。

由于質(zhì)譜技術(shù)的進展以及與生物學的聯(lián)合，得以實現(xiàn)了對所有蛋白中的大所數(shù)乙?；稽c進行定位。這些研究顯示「乙酰組」在大約 1750 個蛋白中包含近 3600 個乙?；稽c，表明乙?；揎検亲匀唤缱钬S富的化學修飾之一，這也表明了乙酰化可能影響蛋白質(zhì)的各種不同的生理活動過程，蛋白質(zhì)乙?；彩墙陙肀姸嗉膊⌒滤庨_發(fā)設(shè)計的有利靶標。

參考文獻：

1. 組蛋白乙?；负腿ヒ阴；傅难芯?，LV Lin等.

2. 知乎，酸菜/白墨.

3. CST信號通路簡介.

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