表观遗传学概述
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实验胚胎学概论
表观遗传学是指基因表达的可遗传变化，由染色体的变化引起，而DNA序列没有改变。这些变化发生在发育的所有阶段，或对环境因素的反应，如接触毒素或慢性压力，并与癌症等疾病有关。基因调控的表观遗传机制共同构成表观基因组，包括核小体的DNA和组蛋白组分的修饰以及非编码rna (ncrna)的表达。这些修饰可以影响基因对dna结合蛋白和调控蛋白的可及性，如甲基- cpg结合蛋白、转录因子、RNA聚合酶II和转录机制的其他成分，最终通常以组织和细胞特异性的方式改变转录模式。图1显示了最典型的表观遗传修饰的示意图。
图1。调控基因表达的表观遗传机制。DNA中的胞嘧啶残基可以被甲基化，组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基可以被修饰。Me =甲基化，Ac =乙酰化，P =磷酸化，Ub =泛素化。
DNA甲基化
在脊椎动物中，DNA甲基化发生在胞嘧啶残基的5C位置，产生5-甲基胞嘧啶。这几乎只发生在CpG二核苷酸中，尽管非CpG甲基化也发生在植物中(主要是CpNpG和cpphph甲基化，其中H = A,T,C)，在较小程度上，也发生在哺乳动物中。其他形式的胞嘧啶也存在，包括5-羟甲基胞嘧啶、5-甲酰胞嘧啶和5-羧基胞嘧啶(Kriaucionis和Heintz, 2009;伊藤等．2011;Pfaffeneder等．2011)，这可能是DNA去甲基化途径的中间产物。
在哺乳动物基因组中，大约70-80%的CpG二核苷酸被甲基化。然而，含有低水平DNA甲基化的富含CpG序列的延伸被称为CpG岛(Blackledge and Klose, 2011;迪顿和伯德，2011)。DNA甲基化通常与表观遗传基因抑制相关，在分化过程中，DNA新甲基化的许多靶点是干细胞和种系特异性基因的启动子(Weber等．2007;莫恩等．2008;法新等．2008)。DNA甲基化还会招募甲基- cpg结合蛋白，后者会招募额外的蛋白质，将沉默修饰添加到邻近的组蛋白上。这种DNA甲基化和沉默组蛋白标记之间的协调导致染色质的压实和基因抑制。
CpG岛
CpG岛(CGIs)仅占人类基因组的0.7%，但包含7%的CpG二核苷酸。CpG岛通常在基因启动子上高度富集，大约60%的哺乳动物基因启动子是富含CpG的。CpG岛是典型的未甲基化的DNA开放区域，核小体占用率低。因此，CpG岛促进松弛的染色质结构，有利于活跃的转录，称为常染色质，并增加RNA聚合酶II和基础转录机制的其他成分对转录起始位点的可及性。大多数CGI启动子具有异构的转录起始位点，且缺乏TATA盒子，因此识别位点中含有CpG的转录因子如SP1可以帮助将TATA结合蛋白招募到没有TATA盒子的启动子上。如果没有额外的调控信号，CGI启动子的转录会导致非生产性、双向的启动和过早终止循环。全长转录本从非生产性状态向生产性、定向合成过渡所需的调控信号还没有很好地表征。
使CpG岛免于甲基化的机制似乎涉及到转录因子的结合和其他转录机制或转录本身的行为。然而，CpG岛可以成为高甲基化(Meissner等．2008;莫恩等．2008)沉默特定基因在细胞分化，基因组印迹和X染色体失活。
DNA甲基化酶
DNA甲基化是由DNA甲基转移酶(DNMTs;综述了在凯里等．2011)。DNMT3A和DNMT3B参与了从头甲基化(Okano等．1999)，并通过特定的组蛋白修饰针对特定的基因组区域。在DNA复制过程中，蛋白质Np95识别半甲基化的DNA，并将DNMT1导向复制叉以维持DNA甲基化模式(Pradhan等．1999)。
评估DNA甲基化的技术
Methylation-Sensitive限制性内切酶
DNA序列的甲基化状态可以通过使用限制性内切酶(REs)等多种技术来确定，限制性内切酶可以识别短DNA序列，并在这些序列内或相邻的特定位置切割双链DNA。有些REs对甲基化很敏感，如果它们识别位点上的胞嘧啶被甲基化，它们就不会裂解DNA，而另一些REs对甲基化不敏感。甲基化敏感的RE HpaII在早期表观遗传学研究中被用于确定哺乳动物基因组中55-70%的HpaII位点(5'-CCGG-3')被甲基化(Bird, 1980;•贝斯特等．1984)，并识别富含cpg、低甲基化的DNA区域[称为HpaII小片段(HTFs);鸟,1986]。
对CpG和CpNpGp甲基化敏感的REs的列表可以在技术参考Promega网站的部分
一对同分异构体，其中一个RE对甲基化不敏感，另一个对甲基化敏感(表1)，常用于查询甲基化状态。由甲基化敏感的同分异构体产生的DNA片段与甲基化不敏感的同分异构体产生的DNA片段大小不同。通过计算不同DNA片段的比例，可以估计胞嘧啶甲基化的程度。
| 表1。同分异构体和新分异构体对甲基化的敏感性。 | ||
| 甲基化序列 | 劈裂 | 没有裂解 |
| m4CCGG | MspI (C / CGG) | HpaII (C / CGG) |
| Cm5CGG | MspI (C / CGG) | HpaII (C / CGG) |
| Cm4CGG | MspI (C / CGG) | HpaII (C / CGG) |
| CCm5CGGG | XmaI (C / CCGGG) | SmaI (CCC / GGG) |
| Gm6空中交通管制 | Sau3AI (/ GATC) | MboI NdeII (/ GATC) |
| 手枪m5C | MboI NdeII (/ GATC) | Sau3AI (/ GATC) |
| 手枪m4C | MboI (/ GATC) | Sau3AI (/ GATC) |
| GGTACm5C | KpnI (GGTAC / C) | Acc65I (G / GTACC) |
有关限制性内切酶的更多信息，请访问Promega限制性酶指南．
酸性亚硫酸盐测序
亚硫酸氢盐测序是指通过亚硫酸氢盐转化来评估DNA甲基化的技术，亚硫酸氢盐转化将未甲基化的胞嘧啶残基转化为尿嘧啶残基。甲基化胞嘧啶残基未被修饰(Frommer等．1992)。目标DNA经过纯化，碱性或热变性，亚硫酸氢钠处理，清洗，碱性处理，然后再次清洗，以去除盐和其他可能抑制下游应用的成分。DNA纯化试剂盒，如Wizard®SV Gel和PCR cleanup System (猫。＃A9281)，通常用于此目的。在亚硫酸氢盐转化和DNA清除后，用全基因组PCR扩增DNA，并使用一种技术对扩增产物进行分析，该技术区分来自含有胸腺嘧啶残基的非甲基DNA的产物和来自含有胞嘧啶残基的甲基化DNA的产物。leyu乐鱼网这些技术包括焦磷酸测序、甲基化特异性PCR、甲基化敏感单链构象分析(MS-SSCA;比安科等．1999)，高分辨率熔融分析(Wojdacz和Dobrovic, 2007)，甲基胞嘧啶免疫沉淀(mCIP;张等．2006)，亚硫酸氢盐甲基化分析(BiMP;Reinders等．2008)和MALDI-TOF质谱(Schatz等．2006)。为了进行高通量分析，亚硫酸盐处理的DNA可以使用带有两组寡核苷酸探针的微阵列进行分析，其中一组是含胞嘧啶的DNA的补充，另一组是含胸腺嘧啶的DNA的补充。
典型的亚硫酸氢盐转化方案涉及在恶劣条件下的长时间培养，导致DNA高度碎片化。Promega提供了methledge™亚硫酸氢盐转换系统(猫。＃N1301)，这导致了高效的DNA转换和恢复，减少了模板碎片，使用的协议可以在不到两小时内完成，包括脱硫和清理。methledge亚硫酸氢盐转换系统不需要额外的清理工具。
基于荧光素的DNA甲基化传感器
萤火虫荧光素酶报告蛋白(Fluc)可用于评估基因组水平或特定DNA序列上的DNA甲基化。研究人员开发了由两个融合蛋白组成的分裂荧光素酶生物传感器:一个dna结合域融合到Fluc的n端部分，另一个dna结合域融合到Fluc的c端(Badran)等．2011)。为了评估全球DNA甲基化水平，这两种融合蛋白都是使用甲基-CpG结合结构域蛋白(如MBD2)的DNA结合结构域构建的，MBD2对甲基化CpG位点的偏好是未甲基化CpG位点的100倍。融合蛋白在无细胞表达系统中表达，然后与目标DNA孵育，使DNA结合。如果多个甲基化CpG位点附近存在，则Fluc的n端和c端部分将相互作用(图2)。恢复的Fluc活性水平使用萤火虫荧光素酶测定法测定，如Steady-Glo®或double - glo®荧光素酶测定系统，发光水平指示整个基因组的DNA甲基化水平。为了测量位点特异性DNA甲基化水平，Fluc的n端耦合到MBD DNA结合域，但c端耦合到序列特异性DNA结合域(波特等．2008)。
图2。使用分裂荧光素酶生物传感器在基因组水平上评估DNA甲基化的示意图。为了评估特定DNA序列上的DNA甲基化，将甲基- cpg结合域(MBD)中的一个替换为序列特异性DNA结合域。N-luc是萤火虫荧光素酶的n端部分;C-luc是萤火虫荧光素酶的c端部分
组蛋白修饰和组蛋白变异
表观遗传基因调控也由组成核小体和组蛋白修饰的组蛋白的变化控制。典型核小体是由H2A, H2B, H3和H4蛋白质组成的八聚体。然而，有几种组蛋白变体可能因少量氨基酸或包括大量插入而变化(Sarma和Reinberg, 2005)。通常，这些组蛋白变体在染色质内的特定位置被发现，或被用于区分异染色质和常染色质区域之间的边界。
大多数组蛋白介导的调控源于组蛋白修饰，最常见的修饰是组蛋白从核小体核心突出的氨基端。主要的组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化和素化，在单个核小体中有数千种潜在的修饰组合。其中，组蛋白乙酰化和甲基化是最了解的，并已观察到一些一般趋势。组蛋白H3的三甲基化，特别是4号位置的赖氨酸(H3K4me3)，是与转录活性染色质相关的标记，而H3K27me3导致染色质致密，抑制基因表达。“组蛋白编码”这个术语用来描述组蛋白修饰的不同组合如何影响转录水平。
识别能够读取、写入或清除这些标记的蛋白质对于解开表观遗传调控的复杂性至关重要。染色质免疫沉淀(ChIP)是一种使用微阵列分析或高通量测序等技术来识别与染色质结合的蛋白质并在基因组中绘制蛋白质结合图谱的强大检测方法。
在ChIP分析中，蛋白质:蛋白质和蛋白质:DNA复合体交联，使用针对感兴趣蛋白质的抗体进行免疫沉淀并纯化。然后用PCR从免疫沉淀物质中扩增出感兴趣的DNA序列。或者，免疫沉淀DNA可以测序(ChIP-seq)或使用微阵列(ChIP-chip)分析以确定目标序列。
图3。HaloCHIP™系统原理图。
传统ChIP方法的一个挑战是识别交联表位的特异性抗体的可用性。为了克服对合适抗体的需求，Promega的科学家开发了HaloCHIP™系统(图3)。该系统利用了HaloTag®蛋白质，它是一种突变的水解酶(Los等．2005;洛斯和伍德，2007;洛杉矶等．2008;Hartzell等．2009年)，它催化共价附着到各种配体，包括树脂基配体固定。这种标签可以融合到任何蛋白质上;对于ChIP，感兴趣的dna结合蛋白被融合到HaloTag上®通过克隆蛋白质编码区到一个HaloTag®向量。重组结构被转染到细胞中进行稳定或短暂的表达，然后用甲醛处理细胞诱导共价蛋白:DNA和蛋白:蛋白质交联，溶解和超声将DNA剪切成更小的片段。交联复合物直接通过HaloTag的共价结合从裂解液中捕获®HaloLink™树脂的一半。与非共价相互作用相比，共价结合允许更广泛和更严格的洗涤，从而减少背景和提高信噪比。随后加热纯化的复合物逆转交联，释放捕获的DNA片段，这些片段可以通过PCR、测序或微阵列分析进行纯化和分析。有关更多信息，请参见HaloCHIP™系统技术手册＃TM075
组蛋白乙酰化和去乙酰化
赖氨酸残基的乙酰化中和了组蛋白上的正电荷，减少了与带负电荷的DNA的静电相互作用。亲和力的降低导致DNA对蛋白质复合物的可及性增加，从而导致基因表达的增加。此外，赖氨酸乙酰化可以募集核小体重建复合体，如Swi2/Snf2，通过它们的溴化域促进和维持常染色质结构(在Bernstein中评论)等．2007)。然而，控制基因表达的因素是复杂的，组蛋白乙酰化也可以通过间接机制导致基因表达减少。
赖氨酸乙酰化发生在核心组蛋白的n端尾部，主要由两个酶家族控制:组蛋白乙酰转移酶(HATs)和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)。HATs利用乙酰辅酶a作为辅酶，将一个乙酰基转移到赖氨酸侧链的氨基上。这些酶被分为三个家族:GNAT, p300/CBP和MYST。HDACs逆转组蛋白乙酰化，促进基因沉默。HDACs通常是大型蛋白质复合物的组成部分，并被甲基DNA结合蛋白募集到DNA甲基化位点。hdac分为四类:I类，包括HDAC1、2、3和8;II类，包括HDAC4、5、6、7、9和10;III类，包括依赖NAD+的sirtuins (sirt);IV类，其中包括HDAC11(在Sun中评审等．2012)。
HATs和HDACs的失调通常与癌症和其他疾病的发展和进展相关，如神经退行性疾病和心血管疾病，使这些酶成为治疗药物的重要靶点。许多HDAC抑制剂促进细胞周期在G1/S期阻滞，研究表明肿瘤细胞通常比正常细胞对HDAC抑制剂更敏感(Johnstone, 2002)。此外，HDAC抑制剂可以恢复动物回忆在阿尔茨海默氏症和帕金森病模型中丢失的记忆的能力，可能是通过改变神经元中的染色质结构(Fischer等．2007)。
为了便于筛选潜在的HDAC抑制剂，Promega提供了HDAC-Glo™I/II检测和筛选系统和SIRT-Glo™分析系统。HDAC- glo™I/II和SIRT-Glo™测定法是单试剂添加，均相，发光测定法，分别测量HDAC I类和II类酶和sirtuins的相对活性。HDAC- glo™I/II测定法使用乙酰化的、活细胞相关的发光肽底物，该底物被来自细胞、提取物或纯化酶源的HDAC活性去乙酰化(图4)。SIRT- glo™测定法使用类似的底物来检测来自纯化酶源的SIRT活性(图5)。肽底物的去乙酰化是使用耦合酶系统来测量的，在该系统中，显像剂中的蛋白酶将氨基荧光素中的去乙酰化肽裂解。在荧光素酶基反应中被量化。hdac介导的发光信号与酶活性和持久性成正比，允许在高通量筛选中批量处理多孔板。
图4。单试剂添加HDAC-Glo™I/II分析。HDAC活性使致发光的HDAC- glo™I/II底物去乙酰化，使肽对HDAC- glo™I/II显影试剂介导的特定蛋白水解裂解敏感，并释放出氨基荧光素。然后可以使用Ultra-Glo™萤光素酶测量游离氨基荧光素，产生稳定、持久的光发射。Boc是一个氨基端阻断基团，它保护底物不发生非特异性裂解。xxlyine是HDAC I/ ii优化的一致序列，起源于组蛋白4 (Smith等．2000)。
图5。单试剂添加SIRT-Glo™检测。SIRT活性使发光的SIRT- glo™底物去乙酰化，使肽对由SIRT- glo™显影试剂介导的特定蛋白水解裂解敏感，并释放出氨基荧光素。然后可以使用Ultra-Glo™萤光素酶测量游离氨基荧光素，产生稳定、持久的光发射。Z代表一个氨基端阻断基团，它保护底物不发生非特异性裂解。xxx赖氨酸是一种sirt优化的氨基酸序列，基于p53(亚伯拉罕等．2000)。
HDAC-Glo™I/乐鱼体育是什么II和SIRT-Glo™检测和筛选系统的额外资源
技术公报和手册
TM335HDAC-Glo™I/II检测和筛选系统技术手册
TM336SIRT-Glo™检测系统技术手册
组蛋白甲基化
组蛋白甲基化发生在赖氨酸残基上，赖氨酸残基可以是单甲基化、二甲基化或三甲基化，精氨酸残基可以是单甲基化或二甲基化。组蛋白甲基化由蛋白质赖氨酸甲基转移酶(PKMTs)和蛋白质精氨酸甲基转移酶(PRMTs)催化，但可由蛋白质去甲基化酶逆转。到目前为止，研究人员已经确定了>30去甲基化酶，>50蛋白质赖氨酸甲基转移酶和>10蛋白质精氨酸甲基转移酶，这表明蛋白质甲基化是一个动态和复杂的过程(Janzen等．2010)。组蛋白甲基化对转录活性有不同的影响，这取决于甲基的数量和被修饰氨基酸的位置。一般来说，H3K9me1标记是激活的，而H3K9me2和H3K9me3标记是抑制的;H3K4me3和H3K36me3与活性染色质相关，而H3K9me3、H3K27me3、H3K36me2和H4K20me1常出现在转录抑制的异染色质中。
组蛋白甲基化的下游效应主要由与修饰组蛋白结合的蛋白质决定。例如，H3K9me3作为异染色质蛋白1 (HP1)的结合位点，进而可以招募组蛋白甲基转移酶、组蛋白去乙酰化酶等影响染色质结构的蛋白质。H3K4me3招募促进常染色质的蛋白质，而H3K9me1, H3K9me2和H3K27me3与促进异染色质的蛋白质相互作用。两组这样的蛋白质是多梳组(PcG)蛋白和它们的拮抗剂，三胸(trxG)蛋白，这是第一次被确定为调控蛋白hox基因表达在果蝇(Schwartz和Pirrotta, 2008)。最近的研究表明，相关的蛋白质存在于哺乳动物和植物中。PcG蛋白抑制转录;trxG蛋白激活转录。一些PcG和trxG蛋白具有组蛋白甲基转移酶活性，可以直接修饰组蛋白，而另一些蛋白则与组蛋白修饰结合并解释组蛋白修饰。
在胚胎干细胞(ES)细胞中，由PcG蛋白调节的CpG岛通常是“双价”的，因为它们保留了允许的h3k36me2枯竭和h3k4me3富集的环境，但也表现出H3K27me3。含有双价启动子的基因通常在ES细胞中被主动沉默，但在分化过程中失去抑制性H3K27me3标记，而保留激活的H3K4me3标记。
组蛋白磷酸化
组蛋白可以在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基上磷酸化。许多丝氨酸和苏氨酸磷酸化事件在有丝分裂期间的DNA修复或DNA凝结、分离和解密中发挥作用，但也有一些参与转录的表观遗传调控，包括H3T3ph、H3T6ph、H3T11ph、H2。AS1ph, H3S10ph和H4S41ph(见Pérez-Cadahía)等．2010)。H3S10ph是这些组蛋白修饰中特征最好的一个。H3S10ph除了在有丝分裂过程中负责dna重组外，似乎对与靶基因转录激活相关的染色质解压缩也很重要。H3S10ph可以激活染色质修饰酶和染色质重塑复合物，阻止HP1在有丝分裂开始时与邻近的H3K9me3标记结合。H3S10ph，以及H3T3ph和H3T11ph可以阻断DNMT3a与H3的结合，减少附近染色质的甲基化(Zhang等．2010)。
有几种激酶参与H3S10的磷酸化，包括IkB激酶a (IKKa) (Yamamoto等．2003;一个等．2003)，莫洛尼小鼠白血病病毒1号(PIM1)的原病毒整合位点(Zippo等．2007)和核糖体S6激酶2 (RSK2) (Sassone-Corsi等．1999)。H3S10ph标记加入H3K9me3是由Aurora B激酶(Sabbattini等．2007)，它还调节有丝分裂过程中的染色体结构，调节染色体对齐和附着在有丝分裂纺锤体的微管上。
组蛋白含有许多高度保守的酪氨酸残基，其中许多可被磷酸化。H3Y99的磷酸化对于多泛素化和随后多余组蛋白的蛋白水解是至关重要的，这可以增加细胞对dna破坏剂的敏感性，导致基因组不稳定和诱导凋亡。另一种酪氨酸残基H3Y41在染色质结构和肿瘤发生中很重要。在人类造血细胞系中，由Janus激酶2 (JAK2)磷酸化的H3Y41使HP1a与组蛋白H3的结合不稳定(Dawson等．2009年)，导致某些基因启动子(如白血病致癌基因)周围的染色质结构更加开放LMO2，可在造血细胞中引发肿瘤发生。JAK2活性的过表达或异常激活导致H3Y41水平升高，HP1a结合的丧失和高表达LMO2．
Promega提供了许多激酶酶系统来监测活性或识别参与组蛋白磷酸化的不同激酶的抑制剂，包括IKKa, PIM1, RSK2和几个周期蛋白依赖性激酶(CDKs)，如CDK1, CDK2和CDK5。这些发光分析将这些激酶产生的ADP转化为ATP，然后由Ultra-Glo™荧光素酶转化为光。由此产生的发光信号与ADP的含量和激酶活性呈正相关。下面提供了一个示例协议。有关可用的激酶酶系统的列表，请参阅人类激酶组图表．
组蛋白泛素化
泛素是一种76个氨基酸的蛋白质，结合组蛋白的赖氨酸残基可以影响转录活性和核小体的稳定性，从而影响基因的可及性。组蛋白泛素化的结果取决于组蛋白底物和泛素化程度(Weake和Workman, 2008)。组蛋白H2A (H2Aub1)的单泛素化通常被认为是抑制标记，而H2B的单泛素化可以在转录激活和沉默中发挥作用。此外，有证据表明组蛋白泛素化和其他形式的组蛋白修饰之间存在相互作用。例如，泛素化的H2B已被确定为COMPASS蛋白复合体(Chandrasekharan)的停靠点等．2010)，其中包括负责H3K4甲基化的组蛋白甲基转移酶。此外，H2Aub，而不是H2A，特异性地抑制H3K4的二甲基化和三甲基化，泛素特异性蛋白酶21 (USP21)缓解这种抑制(Nakagawa等．2008)。
通过切断泛素和泛素化蛋白之间的肽键，可以逆转组蛋白的泛素化。一些去泛素酶(DUBs)被报道可以去泛素化晚期组蛋白2A, 2A。Z和2B，包括USP3, USP10, USP21, USP22和Bap1。组蛋白去泛素化与两种转录激活相关(Nakagawa等．2008;德雷克等．2011;古铁雷斯等．2012)和压抑(van der Knaap)等．2005;van der Knaap等．2010)。
作为表观遗传调控机制的素合化作用
另一个在表观遗传调控中发挥重要作用的翻译后修饰是SUMO化，即小泛素相关修饰物SUMO的添加(在Ouyang和Gill, 2009)。这种修饰可以稳定蛋白质，改变亚细胞定位，影响酶活性和介导与其他蛋白质的相互作用。许多转录因子和辅因子可以被sumylated，这通常表明转录抑制。在果蝇， Sp3的sumylated形式招募多梳蛋白Sfmbt (Steilow等．2008)和HP1Α、ß和γ(Steilow等．2008 b;席勒等．2001)抑制转录。
许多组蛋白修饰酶、核小体重构复合物和它们相关的酶辅因子包含一个或多个SUMO相互作用基序(SIMs)。该基序允许这些蛋白质与sumylated转录因子和辅因子相互作用，从而可以将这些酶导向特定的启动子。SUMO引入的两组组蛋白修饰酶是组蛋白去乙酰化酶，它减少目标启动子上的组蛋白乙酰化，以及组蛋白去甲基化酶，如赖氨酸特异性去甲基化酶1，它催化H3K4甲基的去除。
解释DNA甲基化和组蛋白编码
许多重要的调控蛋白包含与修饰残基结合的结构域，包括植物同源框结构域(PHD)指、溴化结构域、染色质组织修饰域(chromo)、WD40重复和都铎结构域。转录友好型H3K4me3作为含有PHD指的效应蛋白的结合位点，如核小体重构因子(NURF)和含有ing4的组蛋白乙酰转移酶复合体。H3K36me2修饰干扰转录起始，作为RPD3S组蛋白去乙酰化酶复合体的色域结合位点。
组蛋白修饰也可以协同作用。组蛋白修饰在特定位点的特定组合往往决定了哪些蛋白复合物和辅助蛋白被募集来直接激活或抑制转录，催化额外的组蛋白修饰或募集其他组蛋白修饰蛋白。这种协同作用至少可以部分解释为，这些蛋白质可以包含一个或多个修饰的组蛋白结合结构域。例如，TFIID蛋白复合体包含PHD指和溴域，因此更强地结合在乙酰化H3K9和H3K14残基附近的H3K4me3标记上。
基因突变或重排导致其中一个域的缺失会导致基因调控的严重失误和癌症等疾病。最近，研究人员描述了一种涉及组蛋白去甲基化酶KDM5A的易位，导致KDM5A的h3k4me3结合的PHD指与转录激活因子NUP98融合，NUP98是一种常见的白血病易位伙伴等．2011)。类似地，混合血统白血病(MLL)家族成员，作为组蛋白甲基转移酶，参与MLL的易位。
非编码rna
越来越多的证据表明，非编码rna的表达，如microRNAs，小rna和大rna，在表观遗传基因调控中发挥作用(综述在Costa, 2008;Chuang和Jones, 2007)。非编码rna可以指导胞嘧啶甲基化和组蛋白修饰来沉默基因组中的DNA重复序列。例如，一类29个核苷酸的rna通过与精子发生特异性PIWI蛋白的相互作用首次被发现(PIWI -相互作用rna;piRNAs映射到重复的DNA序列，对沉默短穿插元素(sin)，长穿插元素(LINEs)和长末端重复(LTR)逆转录转座子很重要。
一些非编码rna也与X染色体失活有关。17kb的X-非活性特异性转录本(XIST) RNA结合并包裹在非活性X染色体上，形成复合物，修饰染色质结构以抑制转录。XIST水平由另一个大的非编码RNA TSIX控制，它是从XIST对面的链上转录的。非编码rna通过类似的机制参与基因组印迹(Koerner评论)等．2009)。
表观遗传
在细胞分裂过程中，表观遗传标记的维护和继承对于维持子代细胞的承诺细胞谱系和细胞表型至关重要，并设置转录状态的记忆。通过多次细胞分裂传递表观遗传信息涉及本章讨论的许多机制:DNA甲基化、组蛋白修饰、组蛋白变异和非编码rna的表达(在Zaidi中进行了综述)等．2011)。这些同样的机制控制着表观突变的遗传，它可以导致染色质结构和基因转录水平的变化，这些基因对癌症和印迹疾病等疾病很重要。
表观遗传学和疾病
异常调控的外遗传机制可导致基因组印迹障碍，如Angelman综合征和prder - willi综合征，并可能导致多种形式的癌症、哮喘、阿尔茨海默病和自身免疫性疾病，如系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎和多发性硬化症的遗传性(综述在Hirst和Marra, 2009;Hewagama和Richardson, 2009;汉德尔等．2010)。表观基因突变可以在许多层面上干扰表观遗传调控，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码rna。有些突变是遗传的，但许多是由于环境因素或随着年龄的增长而积累的。例如，尽管同卵双胞胎在出生时表观遗传学上无法区分，但随着年龄的增长，他们的DNA甲基化和组蛋白乙酰化模式可能会有显著差异(Fraga等．2005)。
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