组蛋白h2ax与dna损伤的分子感应

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1、组蛋白H2AX与DNA损伤的分子感应王会平(综述)，周平坤(审校)(军事医学科学院放射与辐射医学研究所，北京　100850)　　【摘要】DNA双链断裂是电离辐射对DNA的重要损伤类型，与细胞死亡、基因突变甚至细胞恶性转化有密切联系。DNA发生双链断裂后最早反应之一是位于断裂点附近的组蛋白H2AX的C末端丝氨酸残基发生磷酸化，形成γ-H2AX。磷酸化的γ-H2AX快速转导DNA损伤信号，导致下游分子磷酸化的激活，引发一系列的生物级联反应和和细胞学反应。γ-H2AX是迄今所研究的最重要的DNA损伤感应分子。　　【关键词】D

2、NA双链断裂；γ-H2AX；信号转导；电离辐射　　中图分类号：Q512.7　　　　文献标识码：A　　　　文章编号：1004－616X(2006)04－0334－03　　组蛋白是真核细胞特有的蛋白质，是染色质的主要组分之一。它包括H1、H2A、H2B、H3和H4五类，其中H2A、H2B、H3和H4各两分子构成组蛋白八聚体，以146个碱基对为一单元的DNA片断缠绕组蛋白八聚体1.75圈形成核小体的核心颗粒，H1位于DNA进出核心颗粒的结合处。　　最近研究发现，DNA损伤后核心组蛋白的化学修饰能引起染色质结构的改变，从而促进D

3、NA的修复。组蛋白的磷酸化、乙酰化、甲基化，在大量细胞核事件尤其是转录调控中发挥广泛作用。如组蛋白H3和组蛋白乙酰化酶(Histoneacetyltransferase,HAT)突变体HAT1通过Asf1p依赖的染色质重构影响DNA双链断裂(Double-strandbreak,DSB)的修复[1]；组蛋白H4的乙酰化也影响了细胞DSB的修复活性[2]；组蛋白H2A除参与了DNA修复，还参与了细胞减数分裂和细胞凋亡等过程[3]。组蛋白H2A家族包括H2A1、H2A2、H2AZ和H2AX，其中H2AX在H2A中含量很少，但

4、在DNA损伤信号的分子感应和染色质代谢中发挥至关重要的作用[4]。我们就近年来组蛋白H2AX的研究进展作一综述。 　　1　H2AX的基本生物学特性　　H2AX基因是在80年代被克隆的，H2AX是组蛋白H2A家族的成员之一，与组蛋白H2A家族的其它成员相比，其C末端区更长，且含有一个进化上高度保守的C末端基因序列。从酵母到人类，该C末端进化上高度保守的基因序列是以丝氨酸为关键的4个氨基酸残基组成SQ(E,D)。这种高度进化保守性提示H2AXC末端的基因序列可能有重要功能[5]。目前，在动物、植物、真菌类，多种原生生物如贾第

5、鞭毛虫的进化中，都发现含有H2AX同源物。在啤酒酵母和非洲酒酵母中，完整的H2A家族由三个基因组成，两个H2AX同源物和一个H2AZ。四膜虫的H2A家族也有三个基因，除了一个H2AX基因和一个H2AZ同源物外还有一个基因编码H2A1同源物。H2AX的C末端残基是疏水性的，其SQ基因序列后都有一个酸性氨基酸残基。而H2AX的球部与C末端的距离随进化过程增加，如哺乳动物要比贾第鞭毛虫长16个碱基。　　那么该高度保守的SQ基因序列究竟有何重要的功能？重要发现是：当外源性(如电离辐射，类放射性复合物)和内源性因素使细胞和动物体内

6、的染色质DNA发生双链断裂时，该基序中第139位丝氨酸残基被快速磷酸化形成γ-H2AX[5]。 　　2　DNA双链断裂与H2AX快速磷酸化　　无论是在高等的哺乳动物，还是低等的爪蟾、果蝇和酵母中，当电离辐射和其它因素使DNA发生双链断裂时，H2AC末端SQ基因序列均发生磷酸化，且磷酸化在DSBs产生后1min开始出现，10min达到高峰。针对磷酸化的H2AXC末端多肽的特异性抗体显示，γ-H2AX分子在间期核呈不连续的点状分布，在中期染色体呈带状，且带中所含免疫结合位点的数量与DNA双链断裂点的数量接近。随着DSBs被逐

7、渐修复，γ-H2AX发生去磷酸化(半衰期约为2h)，与DNA双链断裂的修复动力学相似。　　在哺乳动物细胞中，每产生一个DSB约有0.03％的H2AX磷酸化，相当于H2AX随机分布于2Mb染色质区域，然而免疫细胞化学分析提示，这一区域比实际形成点的区域大10倍，说明并不是每一邻近的H2AX分子均会发生磷酸化[5]。　　2.1　外界因素诱发DNADSBs与γ-H2AX形成　　γ-H2AX的形成实际上是细胞内一个快速敏感的DNA损伤信号分子感应，当环境、代谢等因素使细胞内的染色质DNA发生双链断裂时，SQ基因序列的139位丝氨

8、酸残基快速发生磷酸化形成γ-H2AX。　　用脉冲微束激光使细胞特定区域的DNA发生双链断裂，在这些位置出现γ-H2AX点。而培养的细胞在有丝分裂时受非致死剂量的电离辐射后，其染色体臂和已断裂的染色体臂γ-H2AX由点状变为带状结构，且在辐射后30min即使DSBs还存在，这一带状结构也不再扩展。同样用微束激光处理单个