组蛋白乙酰化和非组蛋白乙酰化与DNA稳定性的关系(2)

　　5改变对特定蛋白或特殊DNA结构的亲和力
　　
　　蛋白乙酰化会改变蛋白对一些特定蛋白或特殊DNA结构的亲和力。例如HMGB1的乙酰化，HMGB1又叫高迁移率族蛋白B1,它包括2个串联的HMG框（A和B）以及一个呈酸性的C端尾巴[26-27].其中蛋白A框负责与特殊的DNA结构结合，这些结构包括常见的Holliday交叉和被抗癌药物顺铂破坏的DNA等。它的K2与K11可以被乙酰化[28],恰好这2个位点的乙酰化对于HMGB1与异常DNA结构结合至关重要[29].位点丧失乙酰化后，HMGB1会完全丧失与顺铂破坏所形成的DNA结构的亲和能力[30].而只有当A框结合到异常的染色质结构上，B框才会使DNA变形弯曲[31].HMGB1与异常DNA结构结合并使其扭曲变形可以促进核蛋白的募集并促进这种异常结构及时被修复[32].此外，K2的乙酰化可以使HMGB1提高将DNA片段末端连接在一起的能力[33].这些重要的作用进一步验证了HMGB1参与一些基本的细胞内生理过程，如转录，复制，重组以及其他DNA修复途径[27,34],而在这些重要的作用中，这2个位点的乙酰化都是必不可少的。
　　
　　6激发蛋白的酶活性
　　
　　蛋白乙酰化通过改变蛋白构象进而激发蛋白的酶活性。我们非常熟悉蛋白激酶ATM,它可被DSBs激活，并磷酸化大量的DNA损伤应答蛋白[35-36],直接关系到细胞周期检验点的激活以及DNA修复途径的起始。目前发现ATM的K3016位点可以被TIP60乙酰化，此位点在高度保守C端FATC结构域中，此结构域与激酶活性区域相邻。K3016的乙酰化作为DNA损伤应答的一部分，无论在DSBs的感应察觉还是在ATM激酶活性的激活上都发挥着至关重要的作用[5,37].
　　
　　Smc3在维持基因组稳定性中的作用不同于文中ATM,它不在DNA损伤修复中发挥作用，但仍值得一提。姐妹染色单体是被一黏连蛋白复合物紧密连在一起的，该复合物由Smc1和Smc3以及非Smc蛋白如Mcd1（Scc1或Rad21）和Scc3亚基组成[38-39].其中Smc1和Smc3构成一个V形异二聚体，此二聚体与Scc1相邻，形成环形，此结构环绕着复制后的姐妹染色单体，物理性地将它们紧紧结合在一起。在酵母中，组成复合物的亚基之一Smc3的K112和K113可以被乙酰转移酶Eco1乙酰化。这些乙酰化位点在Smc3的N端头部区域的中间部分，这个部分在介导与亚基Scc1结合及形成完整黏连蛋白复合物中发挥着极为重要的作用[39].Smc3的乙酰化是S期姐妹染色单体结合时必不可少的一个条件，这2个乙酰化位点的突变不会影响复合体的形成，所以认为，这2个位点的 乙 酰 化 可 能 是 通 过 调 节Smc3的N端 头 部 区 域 的ATPase活性来为姐妹染色单体结合在一起提供能量，实验也显示乙酰化后的Smc3比丧失乙酰化的Smc3结合染色体的能力更强。Smc3的乙酰化对于基因组稳定性维护具有重要意义，因为如果Smc3不可以被乙酰化就会破坏姐妹染色单体的结合，这会直接导致细胞分裂时染色体不能够正常分配到子细胞中，而使基因组不稳定。Smc3乙酰化在基因组稳定性中发挥的作用很新颖，乙酰化通过影响蛋白自身ATPase活性，间接影响与DNA结合能力[40].
　　
　　7抑制或促进其它蛋白修饰
　　
　　DNA损伤发生后，蛋白乙酰化作为损伤应答的一种方式与其它的蛋白修饰存在复杂联系。如果乙酰化修饰与其它种类蛋白修饰发生在同一位点，它们会形成竞争关系而相互抑制，如上文提到的H3K36的乙酰化与甲基化，已证明，细胞内敲除Set2会促进H3K36乙酰化和HR,相反，Gcn5的敲除会促进此位点甲基化和NHEJ[41].然而对于H2AX,它的乙酰化是它泛素化的必须条件，对其发挥促进作用。电离辐射后，TIP60迅速乙酰化H2AX的K5,这是H2AX多聚泛素化的一个必须条件。H2AX的多聚泛素化又介导53BP1和BRCA1募集。接下来53BP1和BRCA1这2种蛋白会分别促进了NHEJ和HR这2条修复途径[5].
　　
　　不同蛋白修饰之间的影响还存在于不同蛋白之间。细胞内的非组蛋白Ct IP是以乙酰化状态存在的。DNA损伤发生后，依赖于NAD+的Sirtuin家族中的去乙酰化酶SIRT6会迅速募集到DSB末端并将Ct IP的K432,K526和K604去乙酰化。Ct IP的去乙酰化会促进RPA磷酸化，磷酸化激活的RPA结合到ss DNA,从而链侵入等同源重组过程才能发生。而SIRT6的敲除，会破坏损伤部位RPA的募集，导致Rad51也无法与ss DNA结合，使得ss DNA结构不稳定，无法进行链侵入，从而抑制了同源重组，增加了细胞药物敏感性[42].
　　
　　8改变蛋白定位
　　
　　蛋白乙酰化可能会改变蛋白自身定位。最新研究表明DNA损伤后，WRN（Rec Q解旋酶，缺失会引发维尔纳综合征）的乙酰化可以重新定位它自身，使其都聚集到确切的焦点，如一些RPA富集的位点（即发生损伤修复位点）或复制受阻的位点，进而有利于其作用的发挥[43].
　　
　　而且一般认为，蛋白发生乙酰化后，可以穿过核膜，由细胞质到达细胞核内，并募集到损伤部位发挥修复作用。但这方面的证据相对不足，有待进一步探索。
　　
　　9讨论
　　
　　通过上文的描述，可以肯定，蛋白乙酰化不仅包括组蛋白乙酰化，还存在大量非组蛋白乙酰化。在维护基因组稳定性时，乙酰化的作用复杂多样，也不只局限于DNA复制过程中调节染色质的结构。
　　
　　目前，更多的研究者开始关注各种蛋白修饰与DNA损伤修复之间的联系，发现除了蛋白磷酸化，乙酰化和泛素化外，还有蛋白琥珀酰化，SUMO化等都与DNA损伤修复途径有直接关系。如与DNA损伤修复有直接关系的大量蛋白如Rfa1,Rad52和Rad59等在损伤发生后都出现了素沫化[44].同一蛋白会同时发生多种不同的蛋白修饰，这些蛋白修饰互相影响，互相作用，所以当我们在研究一种蛋白的某种修饰时，也要关注它会发生的其它修饰，并发现其不同修饰之间的关系。有关蛋白修饰的研究注定会成为揭开DNA损伤修复具体机制至关重要的一部分。
　　
　　另一方面，蛋白中的溴结构域可以特异地识别并结合乙酰基，目前在酵母中共发现有30多种溴结构域蛋白存在[45].在这些蛋白中，除了乙酰转移酶和去乙酰化酶外，还有多种其他种类的蛋白，其中包括Bdf1,Bdf2,Gam1/Snf2,Rsc1,Spt7,Blm10,Mpc3,Rsc2,Yta7,Hhf1,Hhf2,Fmp45.它们中有些是染色质重塑复合物，如Snf2和Rsc2[46];一些与转录因子相互作用并促进转录相关蛋白的募集，如Bdf1和Bdf2[47].目前，已发现一些溴结构域蛋白的缺失，会大幅度提高酵母的药物敏感性。对于它们在DNA损伤修复通路中所起的作用，存在多种可能。一方面，与它们中的一些可以促进转录具有同样道理，这些溴结构域蛋白也可能提供一个平台作用，将其它修复相关蛋白募集到损伤位点，进而发挥作用，在这个过程中，蛋白乙酰化主要在修复途径的上游起作用，对于这一点我们正在进行验证。另一方面，这些蛋白的作用机制有可能是通过竞争性结合到乙酰基，从而抑制去乙酰化酶的结合，保护蛋白乙酰化状态，从而有利于修复，对于这方面的研究也已展开。这将为研究蛋白乙酰化在DNA损伤修复及基因组稳定性维护方面又提供一个新的视角。