生物制药

1992年，Renyolds等从成年小鼠纹状体中分离得到能在体外不断增殖且具有多向分化潜能的细胞群，表明在成熟神经系统中也存在神经干细胞（neural stem cell，NSC）。研究显示，NSC不仅存在于胚胎早期的脑室和脑室下区，也存在于发育成熟的脑组织内，主要分布于室管膜下区（subventricularzone，SVZ）和海马齿状回颗粒细胞下层（subgranularzone，SGZ）。NSC是一种多能干细胞，终生保持增殖和分化潜能，在一定分化条件下能分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。在哺乳动物发育过程中，神经系统发育过程受内、外多重因素调节，其中表观遗传学调节是NSC分化过程中的一种重要调节方式。表观遗传学研究的内容是调控遗传物质表达而不改变遗传基因DNA序列所引起的表型变化的过程及机制，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、基因印记等。其中，组蛋白修饰包括组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等。这些修饰可影响组蛋白与DNA的亲和性而改变染色质状态，也可影响转录因子与DNA序列的结合，对基因表达调控具有类似DNA遗传密码的作用，故被称为“组蛋白密码”。以往针对组蛋白乙酰化的研究较多，认为它是基因保持活化状态的前提。然而，越来越多的研究表明，组蛋白甲基化修饰在NSC分化过程中同样起着关键作用。

1 组蛋白甲基化

1.1组蛋白

在真核生物中，核小体是染色质的基本结构单位，由DNA和组蛋白共同构成。核心组蛋白是由H2A、H2B、H3和H4各2个分子形成的八聚体，与其上缠绕的146 bp DNA双螺旋分子构成了核小体的核心颗粒，核心颗粒之间再由长约60 bp的DNA和组蛋白H1连接起来形成串珠样结构。通常情况下，组蛋白的N末端可发生磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化等多种修饰。

1.2组蛋白甲基化与组蛋白甲基化酶

组蛋白甲基化主要发生在H3和H4组蛋白N末端的赖氨酸或精氨酸残基上，由组蛋白甲基转移酶（histone methyltransferase，HMT）催化，该酶分为组蛋白赖氨酸甲基转移酶（histone lysine methytrans-ferase，HKMT）和组蛋白精氨酸甲基转移酶（histonearginine methyltransferase， HRMT）2个家族。HKMT包括果蝇Su（var） 3-9、Ashl以及哺乳动物Suv39H1、Suv39H2、G9a、G9a相关蛋白、SETB1/ESET、MLL、SET7/Set9、NSD1、EZH2等，其甲基化修饰通常发生于组蛋白H3的4位、9位、27位、36位和79位赖氨酸残基（H3 K4、H3 K9、H3K27、H3 K36、H3 K79）以及组蛋白H4的20位赖氨酸残基（H4K20）。通常认为，H3 K4、H3 K36和H3K79的甲基化修饰介导基因转录活化，而H3 K9、H3 K27和H4K20的甲基化修饰则介导转录抑制。

HRMT包括PRMT5、PRMT1和CARM1等，其甲基化修饰通常发生于组蛋白H3的2位、8位、17位和26位精氨酸残基（H3R2、H3R8、H3 R17、H3R26）以及组蛋白H4的3位精氨酸残基（H4R3）。一般来说，精氨酸甲基化与基因激活有关，HRMT作为协同刺激因子被招募到靶基因的启动子区促进基因表达，若精氨酸的甲基化丢失，则与基因沉默相关。也有研究显示，PRM T5可催化H4R3发生不对称二甲基化，DNA甲基化酶DNMT3A可结合到这一修饰位点，催化邻近区域DNA甲基化，进而导致基因沉默。

根据残基上甲基化基团数量的不同，又可分为一甲基化（mel）、二甲基化（me2）和三甲基化（me3）修饰，其中精氨酸甲基化包括一甲基化（mel）、对称二甲基化（me2s）和非对称二甲基化（me2a）等3种修饰形式。

1.3 组蛋白去甲基化与组蛋白去甲基化酶

像其他转录后修饰一样，组蛋白甲基化也是可逆的。2004年，Shi等首次发现了组蛋白去甲基化酶LSD1，它是一种黄素腺嘌呤二核苷酸依赖性单胺氧化酶，通过氨基氧化作用使H3 K4me/H3 K4me2去甲基化。随后的研究显示，含有JmjC结构域的蛋白家族是另一类以Fe和α-酮戊二酸为辅因子的去甲基化酶，其家族成员可使H3K、H3K9和H3 K36等多个位点去甲基化。例如，JHDM2（主要为JHDM2A和JHDM2B）是H3K9的特异性去甲基化酶，可识别H3K9me2和H3K9mel：JHDM3A/JMJD2A 可催化 H3 K9me3/2 以及H3 K36me3/2去甲基化。