翻译后修饰之间的交互作用举例

通路描述：

翻译后修饰 (PTM) 是调节蛋白质功能的关键步骤之一，反过来也是细胞进程的体现。翻译后修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化以及其他多种修饰，其发现和分析为 PTM 确立了其在胞核及非胞核中的作用。随着人们意识到 PTM 的作用后，PTM 列表日益丰富，有关其功能的研究也越来越多。近年来，修饰多样性显著增加，但最重要的是，它们之间的相互作用也显著增加。这种相互作用对适当基因表达、基因组结构、细胞分裂以及 DNA 损伤响应都非常关键。PTM 可以通过组蛋白修饰、酶修饰及其相关活性、组装蛋白复合体，以及在基因组中进行识别和定位或定位到或其他细胞成分，对细胞功能产生直接影响。在单一修饰和基因表达的背景下，某些赖氨酸（例如组蛋白 3 赖氨酸 [9-H3K9]）的乙酰化与激活相关，而在多数情况下，同一残基的三甲基化与结构压缩和基因抑制相关。对于赖氨酸可以是单甲基化、双甲基化或三甲基化；而精氨酸可以是单甲基化，或非对称性或对称性双甲基化。每种程度的赖氨酸和精氨酸甲基化都可作为其自身的 PTM 并影响生物学效应。绝大多数 PTM 都不会在染色质环境中单独存在，并且这些 PTM 状态结合后可以相互加强。例如，对于某蛋白中名为“reader”的结合域，一个 PTM 可充当其对接位点，同时同一蛋白中另一个“reader”则可以识别另一个残基。读取器蛋白 BPTF 即存在这一现象，即同时结合 H3K4me3 和 H4K16 乙酰化。因此，对修饰的不同类型和程度的调节将影响生物学效应。正是由于这些原因，细胞为建立并维持这些 PTM 而产生了一系列重要的酶，通常被称为“writers”（例如组蛋白甲基转移酶、乙酰转移酶等）或是“erasers”（例如组蛋白去甲基化酶、去乙酰化酶等）。这些酶中，许多已经作为疾病治疗的靶标出现，并且已确定为癌症等疾病的关键调控因子。这些发现也让相关的 PTM 候选者作为癌症和其他疾病的生物标记物。

主要文献：

• Berger SL (2007) The complex language of chromatin regulation during transcription. Nature 447(7143), 407–12.
• Dawson MA, Kouzarides T (2012) Cancer epigenetics: from mechanism to therapy. Cell 150(1), 12–27.
• Gardner KE, Allis CD, Strahl BD (2011) Operating on chromatin, a colorful language where context matters. J. Mol. Biol. 409(1), 36–46.
• Lee JS, Smith E, Shilatifard A (2010) The language of histone crosstalk. Cell 142(5), 682–5.
• Musselman CA, Kutateladze TG (2011) Handpicking epigenetic marks with PHD fingers. Nucleic Acids Res. 39(21), 9061–71.
• Yang XJ, Seto E (2008) Lysine acetylation: codified crosstalk with other posttranslational modifications. Mol. Cell 31(4), 449–61.

感谢来自美国马萨诸塞州查尔斯顿哈佛医学院麻省总医院癌症中心的 Johnathan Whetstine 教授审阅了此图。