染色质基础与表观遗传学调控 ：利用他们的专业知识撰写了这么优秀的章节！

随着染色质修饰复合物和组蛋白修饰的影响日益显现，蛋白质组学分析方法的蓬勃发展，以及全基因组序列的出现，“表观遗传学”领域呈爆发式增长。过去10 年间，表观遗传学甚至催生了新的相关领域，如表观基因组学。今天，表观遗传学对于研究癌症生物学的医学科学家与研究酵母或果蝇等模式生物的基础科学家一样重要。实际上，对于表观遗传的干预有望为人类疾病提出新的治疗方案，目前已经有一些此类药物在临床中应用。人们越来越意识到表观遗传途径在细胞生长、生物体发育和人类疾病中的重要作用，因此需要更深入地了解其中的分子机制。

表观遗传学被定义为研究由DNA 序列变化以外的潜在机制引起的基因表达或细胞表型变化。表观遗传学在维基百科的定义指对基因组的功能相关修饰，其不涉及核苷酸序列的变化。在整个基因组中，组蛋白修饰和组蛋白变体的存在或缺失，以及核小体的位置和稳定性都会在染色体的特定基因座上转录出遗传信息，并形成大多数表观遗传学控制过程的分子基础。由于表观遗传学在很大程度上依赖于染色质，因此要了解表观遗传学，有必要先了解染色质。这就是[（美）杰瑞·L. 沃克曼（Jerry L. Workman），（美）苏珊·M. 阿布迈尔（Susan M. Abmayr）编著；韩俊宏主译. 北京：科学出版社，2023.6]一书的目的。

← 左右滑动查看更多详细信息→

本书内容主要涵盖了染色质的基本特性、核小体组装和解聚的调控，以及染色质上组蛋白的翻译后修饰对染色质结构的影响并发挥多样性的功能，特别是在转录调控、异染色质形成、DNA 修复和DNA 复制中的作用，最后介绍了染色质与其他细胞生理活动的功能联系。这些表观遗传学调控对于研究生命现象、理解人类疾病的发生和演进、鉴定疾病治疗的靶标和干预药物的开发等至关重要。

本书的章节侧重于染色质的基本特性，包括结构、组成、修饰和在细胞核内的功能，如转录、DNA 复制和修复。当然，染色质的作用取决于其结构，这是麦金蒂（McGinty）和谭松（Song Tan）撰写的第1 章的主题。他们从染色质结构研究的历史开始介绍，并阐述已知的组蛋白、组蛋白八聚体和核小体核心结构。该章还总结了我们对高级结构的理解。

第2 章中，丹尼（Dennehey）和泰勒（Tyler）强调核小体不是简单地通过组蛋白与DNA 结合而形成的，相反它们必须在涉及多个组蛋白伴侣的精心编排途径中进行组装。本章还描述了核小体解聚的逆过程，此时，基因转录等过程需要获取DNA。组装完成后，核小体并不是静态的，而是会被一类含有ATP 酶的复合物——核小体重塑复合物移动甚至置换。

第3 章中，克拉皮耶（Clapier）和凯恩斯（Cairns）描述了这些复合物的组成、作用机制，以及从DNA 修复到发育和疾病过程发挥的功能。

染色质上的组蛋白会经历多种翻译后修饰，其不仅影响染色质结构，还作为功能信号执行不同的功能。斯特努（Steunou）、罗塞托（Rossetto）和科泰（Côté）在第4 章讨论了一种重要的组蛋白修饰。他们回顾了组蛋白乙酰化——组蛋白乙酰化酶/组蛋白去乙酰化酶——其可在组蛋白上添加或者去除乙酰基团，以及可阅读这些修饰并发挥相应功能的相关蛋白及复合物。

组蛋白甲基化被认为是比乙酰化更稳定的组蛋白修饰，戈扎尼（Gozani）和施扬（Yang Shi）将在第5 章中描述该修饰。在其中，他们描述了催化组蛋白甲基化和去甲基化的酶以及组蛋白甲基化在信号转导中的作用。他们还讨论了组蛋白和DNA 甲基化之间的关系。

这些概念引导出第6 章的内容，即某些形式的组蛋白甲基化如何依赖于组蛋白泛素化。在本章中，威克（Weake）分别描述了组蛋白H2B 和H2A的单泛素化如何在基因激活和抑制中发挥作用，同时讨论了组蛋白泛素化在DNA 修复中的功能。

刘梓英（Ziying Liu）和克劳斯（Kraus）在第7 章讲述了聚ADP-核糖聚合酶-1 能引起包括组蛋白在内的多种细胞蛋白的ADP-核糖基化，同时回顾了组蛋白ADP-核糖基化如何增强常染色体基因的表达，以及在转录被抑制的异染色质中的作用。聚ADP-核糖聚合酶-1 受到细胞信号通路的调节，并对NAD+代谢敏感。

▲ PARP-1 的调控输入和输出。许多不同的“调控输入信号”调控PARP-1（顶部/蓝色）的活性和定位。同样，PARP-1 是促进控制各种分子、细胞和生物结果（底部/绿色）的“调控输出信号”。

弘文（Hirofumi）、相原（Aihara）和伊藤（Ito）在第8 章讨论了另一个重要的组蛋白修饰——磷酸化修饰。他们描述了组蛋白磷酸化在有丝分裂期间染色质浓缩和信号转导的转录激活中所起的重要作用。

在第9 章中，阮春（Chun Ruan）和李兵（Bing Li）描述了下游效应蛋白和复合物如何“读取”组蛋白修饰。此外，他们描述了这些组蛋白修饰如何以组合方式被“读取”，并通过表观遗传方式促进和拮抗下游功能。

除了在复制过程中组装到DNA 上的经典组蛋白外，还有一些组蛋白变体蛋白可以在不同时间组装成核糖体，并具有独特而重要的生物功能。组蛋白变体可以利用特定的核小体组装通路，并进行不同的修饰。它们的位置可以标记染色体中的特定位点（如中心粒、DNA 损伤位点）。这些主题和更多内容由森克尔（Szenker）、博亚尔丘克（Boyarchuk）和阿尔穆兹尼（Almouzni）在第10 章中描述。

本书接下来的三章将讨论转录调控、异染色质的抑制、DNA 修复和DNA 复制这些过程中的染色质功能。斯莫勒（Smolle）和文卡特什（Venkatesh）在第11 章中描述了基因转录期间的染色质重塑和动力学。他们讨论了基因的组蛋白修饰如何与转录周期相关，以及RNA 聚合酶如何传递信号及恢复染色质。

如卡普尔（Kapoor）和申雪桐（Xuetong Shen）在第12 章中所述，染色质重塑在DNA 修复和复制过程中也起着至关重要的作用。在每一个过程中，染色质重塑复合物与专用的修复和复制机器合作，以便于获得染色质中的DNA。

由瓦尔拉特（Wallrath）、维塔利尼（Vitalini）和埃尔金（Elgin）编撰的第13 章，回顾了异染色质的迷人功能，它是基因沉默和染色体适度分离所必需的。他们描述了异染色质如何抑制重复序列（如转座子）的转录，以及异染色质特定的组蛋白修饰和读取这些修饰的蛋白质。

在最后一章即第14 章中，菅沼（Suganuma）以最近研究为例说明染色质功能如何与其他核和细胞的过程相关联。现在已知有大量事件会影响染色质的结构和功能，其中包括染色质作为信号转导通路的下游目标，对代谢和昼夜节律变化的反应，以及衰老的影响。随着越来越多的发现将其他细胞过程与染色质关联起来，我们将获得对这些过程机制的基本见解，染色质研究的新领域将不断显现。

▲ 苏氨酸代谢与染色质调控（Christopherson et al. 2012；Schulze and Harris 2012；Tamura et al. 2008；Jander and Joshi 2009）

所有章节将有助于读者深入了解染色质的基本知识、开创性的进展，以及在基因调控中染色质与其他生理反应协同发挥作用的基本框架，包括DNA 甲基化、非编码RNA、基因剪切和详细的表观遗传通路。我们非常喜欢阅读这些章节，并在这个过程中学到了很多东西。感谢所有作者投入时间和精力，利用他们的专业知识撰写了这么优秀的章节。最后，我们希望您也喜欢阅读这本书，并从中更深入地了解染色质的基本知识。

杰瑞·L. 沃克曼

（Jerry L. Workman）

苏珊·M. 阿布迈尔

（Susan M. Abmayr）

美国密苏里州堪萨斯城

本文为《染色质基础与表观遗传学调控》[（美）杰瑞·L. 沃克曼（Jerry L. Workman），（美）苏珊·M. 阿布迈尔（Susan M. Abmayr）编著；韩俊宏主译. 北京：科学出版社，2023.6]一书“前言”，有修改，标题为编者所加。

（新生物学丛书）

书名原文: Fundamentals of Chromatin

ISBN 978-7-03-075799-9

责任编辑：罗 静 陈 倩

染色质是生命的基本物质基础。本书内容主要涵盖了染色质的基本特性、核小体组装和解聚的调控，以及染色质上组蛋白的翻译后修饰对染色质结构的影响并发挥多样性的功能，特别是在转录调控、异染色质形成、DNA 修复和DNA 复制中的作用，最后介绍了染色质与其他细胞生理活动的功能联系。这些表观遗传学调控对于研究生命现象、理解人类疾病的发生和演进、鉴定疾病治疗的靶标和干预药物的开发等至关重要。本书适合于生命科学、医学及药学等专业的高年级本科生、研究生，以及有志于探索生命过程及疾病相关的表观调控等的基础和临床研究人员阅读和参考。

（本文编辑：刘四旦）

一起阅读科学!

科学出版社│微信ID：sciencepress-cspm

专业品质 学术价值

原创好读 科学品味

科学出版社视频号

硬核有料 视听科学