本文综述列举了大量组蛋白和非组蛋白乙酰化的例子，并通过这些例子详细阐述了蛋白乙酰化在保持基因组稳定中发挥作用的机制。大家在相关论文写作时，可以参考这篇题目为“组蛋白乙酰化和非组蛋白乙酰化与DNA稳定性的关系”的分子生物学论文。
原标题：蛋白乙酰化在基因组稳定性维护中发挥重要作用
摘要：组蛋白的乙酰化水平直接影响着染色质结构，使它表现出最适物理化学特性，从而保证着遗传物质顺利地被复制。遗传物质只有顺利完整地被复制，生物同一种族间遗传物质才会在数量上高度稳定，生物种族才得以延续。然而目前大量研究已经表明蛋白乙酰化还包括大量非组蛋白乙酰化，还有许多更为复杂的作用。它们不仅仅影响着遗传物质的传递和表达，还在DNA损伤修复中发挥重要作用。该文综述列举了大量组蛋白和非组蛋白乙酰化的例子，并通过这些例子详细阐述了蛋白乙酰化在保持基因组稳定中发挥作用的机制。
关键词：组蛋白乙酰化；非组蛋白乙酰化；基因组稳定性；DNA损伤；DNA修复
对于有机体，基因组的高度完整和稳定性十分重要，这种高度的完整性和稳定性一旦遭到破坏就会导致细胞增殖异常或死亡，对于多细胞生物就会有严重疾病发生，例如癌症，神经退行性疾病等。几乎所有生物体都是通过细胞增殖时的DNA高保真复制和DNA损伤后及时有效修复来维持基因组的稳定性和完整性。前者的重要性已被人们熟知，而后者对于有机体来说同样也是必不可少的。在细胞中电离辐射、紫外线、自由基、碱基类似物、烷化剂和病毒等各种物理、化学和生物因素都可以导致DNA损伤，这些损伤在复制叉通过前如不能及时有效修复，对细胞是致命的，尤其是DNA双链断裂。细胞一般运用碱基切除修复（base excision repair,BER），错配修复（mismatch repair,MMR），核酸切除修复（nucleotide excision repair,NER），非同源末端连接（non-homologous endjoining,NHEJ），同源重组（homologous recombination,HR）等途径来修复损伤，保证基因组稳定性。
组蛋白乙酰化是一种被广泛研究的蛋白修饰。DNA链是带负电荷的，组蛋白N端带正电荷的赖氨酸残基被乙酰化后，可以降低核小体与DNA作用力，从而可使染色质结构变松散，这种结构保证复制叉顺利通过DNA链，完成复制过程。除此之外，组蛋白的乙酰化在维持基因组稳定性中的重要性还包括其在各DNA损伤修复途径中的作用[1].然而，之间关系还不是很清晰。
除了组蛋白外，细胞内还存在大量的非组蛋白也可以被乙酰化，它们也在基因组稳定性维护中发挥着关键作用。目前，在肿瘤治疗研究中，越来越多的研究人员开始关注HDAC酶活性的降低或抑制。已经有几种HDAC抑制剂被应用到血液系统肿瘤和实体瘤的临床治疗中，例如，两种HDIs（HDAC inhibitors），Vorinostat（SAHA）和Romidepsin,它们都是非特异性的抑制剂，可以抑制多种HDACs,已经被批准应用到皮肤T细胞淋巴瘤的治疗[2].一般认为，HDIs之所以具有抗癌效果，是因为它们可以增强组蛋白乙酰化水平，调节改变基因表达。Ⅰ类HDACs通过调节组蛋白去乙酰化而影响染色质结构[3],但是HDAC6存在于细胞核以外，它的去乙酰化底物是非组蛋白。无论是HDAC6的特异性抑制剂tubacin作用于细胞还是HDAC6的基因沉默都会导致新的DNA损伤或加重原有由其它抗癌药物（如SAHA或依托泊苷）引起的DNA损伤，会使细胞内出现大量DSBs发生后早期的反应，如γH2AX,检验点蛋白Chk2被激活，DNA复制蛋白水平也会下调[2].因此，非组蛋白的乙酰化水平在基因组稳定性维护中的作用是不能被忽视的，需要更多深入研究。
本文综述通过列举大量蛋白乙酰化的例子来详细介绍组蛋白乙酰化和非组蛋白乙酰化与DNA稳定性的关系，阐明其发挥作用的机制。
1调节染色质物理化学结构
组蛋白会通过乙酰化水平的变化使其染色质的物理化学结构更加有利于DNA在细胞生活的时期维护其稳定性。如，H4K16的乙酰化与染色质结构变松散有关，可以被Hdac1和Hdac2去乙酰化。在S期时，Hdac1和Hdac2这两种去乙酰化酶可以通过与复制机器相互作用而被募集到复制叉上，如果这2种酶的去乙酰化功能丧失会直接导致染色质上H4K16的乙酰化程度升高。这种高程度的乙酰化会增加新生成的DNA暴露程度，造成其对核酸酶水解作用的敏感性增加，以及降低复制叉前进速度，进而影响刚合成的染色质结构稳定性。而在DNA发生断裂时，此位点乙酰化又会发生相应变化。TIP60是组蛋白乙酰化酶，TIP60突变的细胞与TIP60功能正常的细胞相比，丧失了可以有效修复DSB的能力。表明，TIP60乙酰化组蛋白的活性对于DSB修复至关重要，但是它用来促进修复的明确底物还不确定[4].但最近有大量研究发现，TIP60与辅因子TRRAP组成复合物乙酰化DSBs附近的H4K16[5],这样可以使损伤位点附近染色质结构变松弛，来募集修复蛋白和促进HR.
与H4K16乙酰化在DNA损伤修复时的调节作用相似，H3K36的乙酰化使染色质形成的松散结构，有利于DNA末端剪切，从而影响修复途径选择。我们已经知道，细胞发生双链断裂（double strand break,DSB）后，修复途径的选择会受多种因素影响，比如，细胞所处时期[6-7],断裂末端的剪切程度及形成的单链DNA长度[8].而H3K36的修饰也会影响DSB修复途径的选择。被Set2甲基化的H3K36使染色质结构变得致密，会抑制损伤末端的剪切，从而促进NHEJ;被Gcn5乙酰化后的H3K36反而会中和组蛋白上的正电荷，使DNA与组蛋白的结合强度变弱，染色质结构变松散，这就会使HR相关蛋白容易结合到染色质上并促进末端剪切，最终使细胞选择HR.
2促进组蛋白重新结合
复制叉通过后，组蛋白乙酰化水平的调控也是不可缺少的。组蛋白的乙酰化可以帮助游离于周围的组蛋白重新结合到新合成的染色质上，并在结合后迅速发生去乙酰化，使组蛋白像复制前一样牢固地结合在染色质上。这种核小体与DNA链在复制叉通过之后的正常结合，也是复制叉可以顺利前进的一个重要保障。因为若这一调控过程失败，就会导致复制叉上游新合成的DNA结构不稳定甚至会形成异常结构，牵制复制叉前进，甚至使其发生崩溃，从而产生DNA链断裂。而且，在复制重复性较高的序列时，复制叉会高频率打滑而使复制的信息容易失真。
在Asf1存在时H3K56可以被Rtt109乙酰化[9].在S期，K56位点的乙酰化是新合成的尚未结合到核小体上的H3分子的标志，而当细胞进入G2/M期后，该修饰迅速消失[10].在S期，H3K56的乙酰化使染色质装配因子CAF1和Rtt106可以识别并结合到H3-H4复合物。新合成的H3-H4只有与Rtt106和CAF1这2种因子结合后，才能被装配到刚刚复制出来的DNA上。被Hat1乙酰化的H4K91[11]及被Gcn5乙酰化的H3的N端赖氨酸[12]在这个过程中也起到至关重要的作用。H3K56的突变会使核小体无法正常组装，使前进的复制叉停滞崩溃[11],进而引发很多自发的DNA损伤。
H3K56的乙酰化对于保持DNA重复序列是非常重要的。它尤其可以防止CAG/CTG重复序列缩短。H3K56的乙酰化具有这个功能正是因为它可以在复制叉附近促进核小体合理装配，这既阻止了复制后异常DNA结构的形成又降低了复制叉受阻后复制机器打滑或崩溃的发生率[13].
还有研究显示，DNA损伤药物处理后H3K56的乙酰化水平会升高，H3K56高水平的乙酰化会导致核小体重排，为DNA损伤应答和修复提供一个有利的染色质环境。Hst3/Hst4是sirtuin家族去乙酰化酶，可以将H3K56去乙酰化。H3K56如果不能被去乙酰化也会高几率诱发DNA自发损伤。所以它的乙酰化水平调控，即乙酰化和去乙酰化状态之间及时有效更替对消除DNA损伤或复制压力保持正常染色质结构促进基因组稳定都至关重要[10].这一点在酵母和哺乳动物中是高度保守的。
3充当特异性识别位点
乙酰化位点可充当识别标记，被多种染色质重塑蛋白和修复蛋白特异性识别并结合。这些都会促进和确保修复顺利进行。
除上文提到的被染色质装配因子CAF1和Rtt106识别的H3K56外，细胞内还存在大量乙酰化位点充当着识别位点的功能。H3K14就是其中一个。在酵母中，UV光损伤会导致H3K14乙酰化。H3K14的乙酰化不足以改变核小体的脱离及再组装等动力学特点。但是被乙酰化修饰的该位点可以被Rsc2中串联的溴结构域特异性识别并结合。Rsc2是RSC（Remodels the Structure of Chromatin）染色质重塑复合物的重要组成部分[14],也就是说乙酰化的H3K14在充当一个“停泊位点”来将RSC固定在核小体上。RSC复合物可以依赖ATP提供的能量将组蛋白八聚体沿DNA链重新定位[15],还可以促使DNA隆起的形成和扩散，从而导致组蛋白与DNA的相互作用减弱。所有这些作用效果可以把埋藏在复杂染色质结构内部的损伤位点暴露出来，让DNA损伤修复蛋白识别和感应[16].所以，H3K14的乙酰化是通过充当RSC复合物的识别位点，募集RSC复合物来打开紧密组装的核小体，促进细胞对UV导致的环丁烷嘧啶二聚体的修复[17].
4影响蛋白质的稳定性和寿命
蛋白质的乙酰化与蛋白的稳定性和寿命有密切关系。蛋白发挥作用之后，乙酰化使蛋白与DNA的相互作用变弱，并离开受损伤位点，之后这些蛋白被细胞通过自噬或直接被蛋白酶水解的方式消化，从而这些蛋白的作用被终止[18],否则，它们会继续发挥作用，抑制后续的修复过程，使DNA损伤无法彻底修复。
PCNA（proliferating cell nuclear antigen）与DNA复制及损伤修复有密切关系。是一个同源三聚体，这三部分组装成圆环形，环绕在DNA分子上，为各种在DNA复制和修复中发挥作用的酶类提供一个分子平台[19-20].这些酶类中尤其包括在NER（nucleotide excision repair）中发挥作用的蛋白。CBP（CREB-binding protein）起主要作用，p300次之，将PCNA在K 13,K14,K77和K80乙酰化。乙酰化后的这几个位点可以为泛素化酶充当识别标记，进而促进PCNA的单泛素化和多聚泛素化。正常情况下，在NER后，PCNA发生乙酰化，然后离开染色质，并被蛋白酶降解。乙酰化作用丧失会导致DNA复制和修复不能完全结束，使细胞对DNA损伤的药物和紫外辐射敏感性增加，导致基因组不稳定[21-22].
与PCNA不同，Sae2是将蛋白乙酰化与自噬联系起来，还将这一关系与DSB修复及基因组稳定性相关联。Sae2是一个重组相关蛋白，DSB后，它在修复过程中发挥重要作用。在修复过程的起始阶段Mre11结合到断裂处并对DNA末端进行剪切，待其发挥作用后，Sae2可以促进Mre11离开损伤部位，使后续过程顺利进行[23].无论是用Ⅰ类和Ⅱ类HDACs抑制剂VPA处理细胞[24],还是直接突变Ⅰ类HDACs中的rpd3和Ⅱ类HDACs中的hda1都会导致Sae2的乙酰化程度大幅度升高，乙酰化后的Sae2会被细胞以自噬的方式降解，细胞核内Sae2含量明显降低。Sae2的减少直接导致Mre11由损伤处脱离滞后，进而严重影响了后续修复过程。剪切速度减慢，RPA-ss DNA形成受阻，Ddc2-Mec1复合物难以募集，10Kb的ss DNA无法形成并导致Rad53活性激活失败，这样同源重组过程中剪切和信号转导都受到了破坏[25],同源重组将无法进行。
