表观遗传调控因子是指不改变DNA序列本身,但能够影响基因表达活性、
染色质结构和细胞命运决定的一类分子。它们通过建立、识别、
维持或擦除表观遗传标记来发挥作用。 这些因子共同构成了一个复杂的、动态的网络,对环境信号做出反应,
并决定哪些基因在特定时间、特定细胞类型中被开启或关闭。 主要类型和功能包括: DNA甲基化调控因子: 书写器 (Writers): DNA甲基转移酶 (DNMTs) DNMT1: 主要负责维持甲基化(在DNA复制后将甲基化模式传递给子代DNA)。 DNMT3A/DNMT3B: 主要负责从头甲基化(建立新的甲基化模式)。 擦除器 (Erasers): TET双加氧酶家族 (TET1, TET2, TET3) 催化5-甲基胞嘧啶 (5mC) 逐步氧化为5-羟甲基胞嘧啶 (5hmC) 等中间产物,
最终导致DNA去甲基化(被动或主动)。 阅读器 (Readers): 含有甲基化结合结构域 (MBD) 的蛋白,如 MeCP2, MBD1, MBD2, MBD4 等。 特异性识别并结合甲基化的CpG岛,招募其他抑制性复合物
(如组蛋白去乙酰化酶HDACs)来沉默基因表达。 组蛋白修饰调控因子: 书写器 (Writers): 向组蛋白尾部添加化学基团的酶。 组蛋白甲基转移酶 (HMTs): 如 EZH2 (催化H3K27me3抑制标记),
MLL家族 (催化H3K4me3激活标记), SUV39H1/2 (催化H3K9me3抑制标记),
DOT1L (催化H3K79me激活标记)。 组蛋白乙酰转移酶 (HATs): 如 p300/CBP, GCN5, PCAF (添加乙酰基,通常与基因激活相关)。 组蛋白激酶: 如 Aurora B (磷酸化H3S10), MSK1/2。 组蛋白泛素连接酶: 如 RNF20/RNF40 (催化H2Bub1)。 擦除器 (Erasers): 移除组蛋白尾部化学基团的酶。 组蛋白去甲基酶 (HDMs): 如 LSD1 (去除H3K4me1/2), JMJD3/UTX
(去除H3K27me3), KDM4家族 (去除H3K9me3/me2)。 组蛋白去乙酰化酶 (HDACs): 分为I, IIa, IIb, III (Sirtuins), IV类
(如 HDAC1, HDAC2, HDAC3, SIRT1等,移除乙酰基,通常与基因抑制相关)。 组蛋白磷酸酶: 如 PP1。 组蛋白去泛素化酶: 如 USP22。 阅读器 (Readers): 包含特定结构域识别组蛋白修饰的蛋白。 含溴结构域蛋白 (Bromodomain proteins): 如 BRD4 (识别乙酰化赖氨酸,
通常与激活相关)。 含染色域蛋白 (Chromodomain proteins): 如 HP1
(识别H3K9me3抑制标记), Polycomb蛋白PC (识别H3K27me3抑制标记)。 含Tudor域蛋白: 如 53BP1 (识别H4K20me2)。 含PHD指蛋白: 如 BPTF (识别H3K4me3激活标记), ING家族。 含MBT域蛋白: 如 L3MBTL1 (识别H4K20me1/2)。 这些阅读器招募其他效应分子(如转录因子、染色质重塑复合物、
RNA聚合酶II等),将组蛋白修饰信号转化为下游的生物学效应(激活或抑制转录)。 染色质重塑调控因子: 利用ATP水解的能量,改变核小体位置、构象或组成的多亚基复合物。 主要家族: SWI/SNF 复合物 (BAF/PBAF): 如 BRG1 (SMARCA4), BRM (SMARCA2),
通常与基因激活相关,但也参与抑制。 ISWI 复合物 (如 NURF, CHRAC, ACF): 参与核小体间距调控、染色质压缩。 CHD 复合物 (如 NuRD, CHD3/4): NuRD同时具有重塑活性和HDAC活性,
主要起抑制作用。 INO80/SWR1 复合物: 参与组蛋白变体置换 (如 H2A.Z)。 非编码RNA (ncRNA) 调控因子: 长链非编码RNA (lncRNAs): 如 Xist (介导X染色体失活),
HOTAIR (招募Polycomb抑制复合物到靶基因), NEAT1 (参与核旁斑形成)。 小干扰RNA (siRNA) / microRNA (miRNA): 通过RNA干扰 (RNAi)
途径介导转录后基因沉默或转录水平沉默 (TGS)。 PIWI相互作用RNA (piRNA): 主要在生殖细胞中沉默转座子,
保护基因组完整性。 这些ncRNA通常作为支架或向导分子,招募特定的表观遗传修饰酶
(书写器/擦除器)或重塑复合物到特定的基因组位点。 核心功能与重要性:
特定发育阶段或特定环境条件下的开启或关闭。 细胞命运决定与分化: 在干细胞多能性维持和定向分化为不同细胞类型
(如神经元、肌肉细胞、血细胞)的过程中起关键作用。
抑制转座子活性,防止DNA损伤。 X染色体失活: 在雌性哺乳动物中实现剂量补偿。 基因组印记: 根据亲本来源选择性表达某些基因。 环境响应: 将环境信号(如营养、压力、毒素、行为)
转化为稳定的基因表达变化(适应性)。 疾病关联: 表观遗传调控因子的突变、异常表达或失调是许多疾病的核心机制: 癌症: 如 DNMT3A, TET2, IDH1/2 (通过影响TET功能),
ZH2, MLL, HDACs, SWI/SNF亚基等的突变或异常表达非常普遍。 神经发育与精神疾病: 如 MeCP2 (Rett综合征), CREBBP
(Rubinstein-Taybi综合征), MBD5, CHD7 (CHARGE综合征), CHD8 (自闭症风险基因)。 自身免疫性疾病、代谢性疾病(如糖尿病、肥胖)、心血管疾病、衰老等。 总结: 表观遗传调控因子是生命活动不可或缺的“分子开关”和“调音师”,
它们通过建立、解读和擦除DNA甲基化、组蛋白修饰等“密码”,
以及重塑染色质结构,在时间和空间维度上精确调控基因组的可及性和功能,
深刻影响着发育、分化、环境适应和疾病的发生发展。理解这些因子及其
作用机制是当前生命科学和医学研究的前沿热点,对疾病诊断、治疗
(如靶向表观遗传因子的药物开发)和预防具有重要意义。
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