组蛋白H2A的研究进展

真核细胞的DNA并不是游离存在的，而是缠绕在组蛋白的外围，与组蛋白一起构成染色质的核小体。在染色质中，由147个碱基对的DNA 在由H2A-H2B二聚体、(H3-H4)2四聚体组成的八聚体上缠绕形成核小体核心[32]。核小体核心再加上一段含有H1组蛋白的连接DNA 就构成了染色质的基本结构核小体。在H1、H2A、H2B、H3和H4 五种组蛋白中，H1的种族保守性很低，但有组织特异性，而另外四种组蛋白具有高度的保守性。 1 组蛋白基因简介 1.1 组蛋白的基础研究

组蛋白的分子量多在10000-20000之间，H1分子量最大，可达到23000。组蛋白是一组等电点大于10.0的碱性蛋白，5种组蛋白都含有大量带正电的碱性氨基酸赖氨酸和精氨酸，能够同DNA中带负电荷的磷酸基团相互作用。其中H3、H4富含精氨酸，H1富含赖氨酸；H2A、H2B介于两者之间[33,34]。H2A、H2B、H3、H4均由球形部和尾部构成，球形部依靠精氨酸残基与磷酸二酯骨架间的静，如基因表达和损伤DNA的修复[35]。

组蛋白基因在各种生物体内重复的次数不一样，但都在中度重复的范围内。通常每种组蛋白的基因在同一种生物中拷贝数是相同的。不同生物中组蛋白基因在基因组中的排列不一样，组蛋白基因没有一定的排列方式，而在拷贝数高的基因组中，大部分组蛋白基因串联重复形成基因簇。基因组中存在大量重复序列用以编码组蛋白是有其重要意义的。DNA复制时，组蛋白也要成倍增加，而且往往在DNA合成一小段后，组蛋白马上就要与其相结合，这要求在较短的时间内合成大量的组蛋白，因而需要有大量的组蛋白基因存在。

组蛋白作为核小体的基本组分，是染色质的结构和功能必需的。过去相当长一段时间里，人们对组蛋白的认识仅仅只停留在对染色质结构的维持方面，是否具有其他生物学功能了解甚少。目前对于组蛋白的研究多集中在转录调节因子以及组蛋白的乙酰化、去乙酰化是如何在核小体及整个核内区域改变染色质结构方面[36,37]。核心组蛋白H2A和H2B在细胞内的运动比H3和H4要快，这种运动依赖

于转录活动的进行，只有在转录频繁发生的地方，H2A和H2B才会表现出比一般情况下活跃的运动，转录过程似乎还会影响核小体的结构[38]。为了研究蛋白分子在细胞内的动态分布状况，常用的方法是将所研究的蛋白与报告基因构建成融合蛋白，使这个融合蛋白在细胞中表达,通过荧光显微镜观察蛋白在细胞内的定位及动态。应用光漂白恢复(FRAP)[39]技术可以进一步分析蛋白在细胞内的运动速率，扩散系数以及蛋白之间的相互关系。 1.2 组蛋白的变体型研究

近十年的研究表明[38,40]，核小体已不是简单的“染色质上的珠子”，而是染色体特殊化和动态的参与者。组蛋白成分及其共价修饰决定了核小体的状态，进而决定细胞的状态，组蛋白的成分除了常规的H2A、H2B、H3、H4和H1，还包括其他的组蛋白变体。这些组蛋白变体的尾部包含多种修饰位点[41-43]，可经过特定的表观修饰，改变核小体的空间构象和稳定性，决定基因转录的激活或沉默，DNA的修复，染色体的异染色化等。

在组蛋白替换过程中，组蛋白变体通过相应的染色质重构复合物组装入核小体，不同的变体有着不同的组装途径[44]。组蛋白和对应变体的替换是细胞对特定的生理状态和所受的刺激的反应。对组蛋白变体的研究是近年来表观遗传学研究的新热点，也是对“组蛋白密码”的新的诠释。

在真核生物的5 种组蛋白中，组蛋白H4是最保守的，至今未发现变体的存在[45]，已发现的H3变体有着丝粒特异的CenH3和转录激活的核小体中的H3.3[46]，还有精巢特异的H3t[47]。H2B的变体仅在精细胞中发现，包括TH2B、TSH2B、H2BFWT，H1的变体是组织特异的或是发育时期特异的[48]。而组蛋白H2A是最不保守的，变体最多，H2A-H2B 二聚体在低离子强度条件下不稳定，更易游离于核小体。已发现的H2A 变体有H2A.Z、H2A.X、macroH2A、H2A-Bbd (Barr body deficient)和精巢特异的TH2A共5种。 2 H2A蛋白的分子结构及成员种类

H2A组蛋白是染色质核小体组蛋白核心的成员之一，在细胞内H2A主要以4 种形式存在[49]：4 %的游离细胞核内；3 %处于活跃的转录中，迁移速度很快( t1/2

≈6 min)；40 %结合在染色质上，运动慢( t1/2≈130 min)；53 %结合在异染色质上,几乎不发生运动( t1/2>530 min)。

除了主要组成部分H2A1和H2A2外，目前认为还有H2A.Z、H2A.X (80 年代发现)、macroH2A1、macroH2A2 (90年代发现)和H2A-BBD (21世纪初发现)等5个亚型。与常规型H2A相比，变体型的差异主要在于C端（如图），C端的异质性决定了它们功能的不同[50]：

图1-3 常规型H2A和变体型H2A的结构示意图[35]

H2A.X的羧基端含有一个保守的色氨酸残基（Ser139），在DNA双链断裂修复时发生磷酸化反应；H2A.Z的末端序列和转录激活联系密切，能防止沉默的蔓延；MacroH2A 的C端有较大的球形结构域，在哺乳动物失活的X染色体中大量存在；H2A-BBD的N端和C端变化最大，不包含其它亚型的保守为点，是分子量最小的H2A变体形式，在哺乳动物失活的X染色体中发生缺失。

常规型H2A和对应变体的替换是细胞对特定的生理状态和所受的刺激的反应。处于不同状态的染色质需要相应的组蛋白变体维持结构，以完成其生物学功能。在H2A的替换过程中，H2A变体通过相应的染色质重构复合物组装入核小体，不同的变体有着不同的组装途径[51,52]。组蛋白变体的存在反应了生物体极其灵活而又复杂的生理调节机制，其中MacroH2A和H2A-BBD是生物体进化至脊椎动物才出现的亚型[53]。 3 H2A-X的结构特点及功能研究