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组蛋白甲基化及甲基化多肽合成简介

组蛋白甲基化及甲基化多肽合成简介

A Brief Introduction on HistoneMethylation and Synthesis of Lys/Arg-methylated Peptides

组蛋白是真核生物染色质中的碱性蛋白质,富含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸。组蛋白上可发生多种共价修饰作用,通过影响组蛋白与DNA双链的亲和性,从而改变染色质的疏松或凝集状态,或通过影响其它转录因子与结构基因启动子的亲和性来发挥基因调控作用(类似于DNA遗传密码的调控作用)。这些修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、腺苷酸化、多聚ADP糖基化等[1],其中组蛋白的甲基化修饰因其广泛的生物学功能正成为表观遗传学研究的热点。

组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶(histone methyltransferases, HMTs)完成的,甲基化主要发生在赖氨酸和精氨酸残基上,赖氨酸残基能分别被单甲基化、双甲基化和三甲基化,而精氨酸残基能够单、双甲基化,这就极大的增加了组蛋白修饰调节基因表达的复杂性(Figure 1所示)。


Figure1. Structures of common methylated Lys and Arg residues

当前的证据表明,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H3H4靶精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。例如,PRMT1的修饰位点主要位于组蛋白H4的第3位精氨酸残基(H4R3)上,通常对基因转录起激活作用。KirmizisGuccione的研究小组[2]分别在酵母和人体内发现了PI T6H3R2的非对称双甲基化(H3R2me2a),这一修饰存在于整个异染色质位点和非活性基因区域内,并与H3K4位点上的三甲基化(H3K4me3)修饰相拮抗,而后者已被证实主要位于基因的启动子区域,调控基因转录的激活。

与精氨酸甲基化不同的是,赖氨酸甲基化似乎是基因表达调控较为稳定的修饰,作用也较复杂,包括干细胞的维持和分化、X染色体失活、转录调节和DNA损伤反应等。其既可以促进基因表达也可以抑制基因表达,取决于它所位于的残基情况,如H3-K4(组蛋白H3中的第4位赖氨酸)和H3-K36甲基化与基因激活相关,而H3-K9H3-K27甲基化则与基因沉默相关[3]

组蛋白赖氨酸甲基化与DNA甲基化的建立和维护也是有关联的。组蛋白的甲基化可引导DNA的甲基化,反过来甲基化的DNA也可能影响组蛋白修饰,两者之间有相互促进作用。在粗糙脉孢菌中,DNA 甲基化完全依赖由组蛋白甲基化酶介导的组蛋白H3K9 的甲基化,而拟南芥中组蛋白甲基转移酶的功能缺失则会引起相关基因的转录沉默。[4]

另外值得注意的是,由于组蛋白的甲基化状态与基因表达有关,肿瘤细胞也存在组蛋白甲基化的异常,检测肿瘤细胞的组蛋白的甲基化状态有助于肿瘤的诊断、预后判断及治疗[5]

随着组蛋白甲基化得到广泛的研究,甲基化多肽无疑成为研究组蛋白甲基化的一个重要工具。目前多肽的LysArg甲基化修饰是通过在多肽固相合成中应用商业化的甲基化原料来实现的,生产这类多肽的主要困难在于:甲基化侧链及其保护基团的位阻以及电荷性质可能会对多肽固相合成中多肽链的增长过程产生干扰,如引起接枝困难、引发某些副反应等,这都将导致粗品纯度降低,增大纯化难度、降低收率,甚至一些情况下最终纯品纯度彻底无法达标,造成整个合成的失败。

             

Figure 2. RP-HPLCand Maldi-Tof MS profiles for a 26-aa peptide with 6 Arg(me2, symmetrical)residues, indicating high purity of final product. Theoretical Mw = 2902.5,measured M+H+ = 2903.4; Purity = 96.5% (peak area percent, Agela250×4.6 mm I.D. C18, detected at 220 nm, 5-25%B in 20 min).

北京中科亚光生物科技有限公司(http://www.scilight-peptide.com)通过多年的合成经验积累,优化合成条件和纯化工艺,已成功掌握含有单个或多个甲基化位点的多肽的合成工艺(多肽实例见Figure 2),可以充分满足客户的各种研发需求。如您有甲基化多肽及其修饰或其他多肽定制服务方面的需求,欢迎来电来函咨询,我们将以最大的热忱为您服务!

 

参考文献:

1. i) Greer EL, etal. ”Members of the H3K4 trimethylation complex regulate lifespan in a germline-dependentmanner in C. elegans”, Nature, 2010, 466: 383-387. ii) Fisher K, Southall S M,et al. “Methylation and demethylation activities of a C. elegans MLL-likecomplex attenuate RAS signaling”, DevBiol, 2010, 341: 142-153.

2. i) Kirmizis A, Santos-Rosa H, Penkett C J, et al. “Argininemethylation at histone H3R2 controls deposition of H3K4 trimethylation”, Nature, 2007, 449 (7164): 928-932. ii) Guccione E, Bassi C, Casadio F, et al.“Methylation of histone H3R2 by PRMT6 and H3K4 by an MLL complex are mutuallyexclusive”, Nature, 2007, 449(7164): 933-937.

3. i) Greer EL, Shi Y. “Histone methylation:a dynamic mark in health, disease and inheritance”, Nat Rev Genet, 2012, 13:343-357. ii) Kouzarides T. “Chromatin modifications and their function”, Cell, 2007, 128: 693-705.

4. i) Tamaru H, Selker EU. “A histoneH3 methyltransferase controls DNA methylation in Neurospora crassa. Nature, 2001, 414(6861): 277-283. ii) Pontvianne F, Blevins T, et al. “Histonemethyltransferases regulating rRNA gene dose and dosage control inArabidopsis”, Genes Dev, 2012, 26(9): 945-957.

5. i) Fraga M F, Ballestar E, et al.“Loss of acetylation at Lys16 and trimethylation at Lys20 of histone H4 is acommon hallmark of human cancer”. NatGenet, 2005, 37: 391-400. ii)Chi P, Allis C D, Wang G G. “Covalent histone modifications-miswritten, misinterpretedand miserased in human cancers”, NatureRev Cancer, 2010, 10: 457-469.iii) Albert M, Helin K. “Histone methyltransferases in cancer”, Semin Cell Dev Biol, 2010, 21: 209-220.


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