组蛋白变体H2A.Z的转录调控功能与动态作用机制.pdf

Hereditas(Beijing)2024 年 4 月,46(4):279289 收稿日期:20231213;修回日期:20240227;网络发布日期:20240229 基金项目:国家自然科学基金项目(编号：31870725，32071204)资助Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.31870725,32071204)作者简介:孙朝冉，博士研究生，专业方向：生物学。E-mail: 通讯作者:吴旭东，博士，教授，研究方向：表观遗传学。E-mail: DOI:10.16288/j.yczz.23-307 综 述 组蛋白变体 H2A.Z 的转录调控功能与动态作用机制 孙朝冉，吴旭东 天津医科大学基础医学院，天津市医学表观遗传学重点实验室，天津 300070 摘要:H2A.Z 是组蛋白 H2A 常见的组蛋白变体。近年来，人们通过多学科手段探究了 H2A.Z 对于基因转录的激活或抑制作用。本文在概述组蛋白变体和 H2A.Z 发展史的基础上，重点阐述了 H2A.Z 不同亚型、不同翻译后修饰和基因组分布在转录调控过程中的作用，明确了其生物学意义和在肿瘤发生发展、神经系统分化发育过程中的病理生理学意义，并总结了 H2A.Z 在染色质沉积或者移除的动态调控机制方面的研究进展，以期为深入了解组蛋白变体的多样性，并为寻找相关疾病诊疗的新靶点提供参考。关键词:表观遗传调控；核小体；基因转录；组蛋白变体；H2A.Z The roles and mechanisms of histone variant H2A.Z in transcriptional regulation Zhaoran Sun,Xudong Wu School of Basic Medical Sciences,Tianjin Key Laboratory of Medical Epigenetics,Tianjin Medical University,Tianjin 300070,China Abstract:H2A.Z,one of the most well-known variants of histone H2A,has been extensively investigated on its dual roles in gene transcription in recent years.In this review,we focus on the intricate involvement of H2A.Z in transcriptional regulation,including the assembly of distinct H2A.Z subtypes,post-translational modifications and genomic distributions.Emphasis is placed on the biological and pathophysiological implications,particularly in tumorigenesis and nervous system development.We summarize the dynamic regulatory mechanisms governing H2A.Z deposition or eviction on chromatin to provide insights for understanding the diversity of histone variants and promoting the search of new targets in concerned disease diagnosis and treatment.Keywords:epigenetic regulation;nucleosome;gene transcription;histone variant;H2A.Z 染色质主要由 DNA 和组蛋白组成，它们组成染色质的基本单位核小体。核小体包括 H2A、H2B、H3、H4 四种组蛋白形成的八聚体，以及包绕在外的大约 147 bp 的 DNA。此外，接头组蛋白 H1 可以接触核小体 DNA 的入口和出口位点，从而形成更紧凑的结构。染色质结构和稳定性对于调节所有 DNA 参 280 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 与的过程至关重要，而染色质结构和稳定性受多种因素影响。为了满足不同染色质活动的需要，组蛋白出现了多种变体。与经典组蛋白相比，组蛋白变体的基因结构以及在基因表达调控方面都有很大不同13。首先，在结构上，编码组蛋白变体的基因具有内含子，并且其产生的 mRNA 具有 polyA 尾巴4；其次，经典组蛋白以依赖DNA复制的方式在细胞分裂的S期掺入到基因组上，而组蛋白变体以一种独立于 DNA 复制的方式在整个细胞周期过程中表达5。组蛋白变体结构的不同导致与其相互作用的分子不同，一定程度上说明组蛋白变体的掺入导致了核小体结构和功能的多样性68。H2A 的组蛋白变体包括 H2A.J、H2A.X、H2A.Z和 macroH2A。1980 年，人们首次发现哺乳动物中的组蛋白变体 H2A.Z9，20 多年后，Suto 等10解析了 H2A.Z 晶体结构，并逐步揭开了其转录调控功能的神秘面纱11,12。H2A.Z 在所有真核生物中都高度保守，结构分析显示 H2A.Z 与 H2A 在序列上存在 40%的差异10，这促使科研工作者去探索 H2A.Z 与众不同的作用。H2A.Z 和 H2A 都存在 docking domain，推测此结构域影响 H2A-H2B 二聚体与 H3-H4 的相互作用。例如，H2A.Z 中第 106 位氨基酸与 H2A 存在差异，可能导致核小体结构不稳定，但此结构域的具体影响并不清楚10。本文将从 H2A.Z 在基因转录中的调控作用、影响因素及其在染色质不同区域的定位与去除的分子机制等方面展开讨论。1 H2A.Z 在基因转录调控中的不同功能 转录是指以 DNA 的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，在RNA聚合酶(RNA polymerase,RNAP)作用下合成 RNA 的过程。转录是一个复杂的生物学过程，受多种因素调控。为了保证转录起始，RNAP在一系列因子的调控下识别基因的启动子进行接下来的过程13。众所周知，核小体是转录起始的障碍，核小体阻碍 RNA 聚合酶结合在基因的启动子上14,15。而组蛋白变体 H2A.Z 作为染色质的骨架组分，越来越多的研究逐步揭示了其在基因转录调控中具有不同的效应。H2A.Z 的不同亚型，不同的翻译后修饰以及在基因组上的不同分布都在转录中发挥了不同的作用。1.1 H2A.Z.1 和 H2A.Z.2 在基因转录调控中的功能 过去，H2A.Z 根据氨基酸序列不同，主要分为两个亚型：H2A.Z.1 和 H2A.Z.2，这两种蛋白在序列上仅有 3 个氨基酸的不同，分别由 H2AFZ 和 H2AFV基因编码16,17，然而它们在基因转录调控中发挥不同的作用。有研究表明，在鸡(Gallus gallus)DT40 细胞中敲除 H2A.Z 其中一种亚型展现了不同的表型。敲除H2A.Z.2 能显著促进细胞凋亡，这可能是由于调控抗凋亡基因 BCL6 表达所导致的；而 H2A.Z.1 缺失并不会影响细胞凋亡18。在基因转录调控过程中，两者对于分子结合的偏好性也有差异，Draker 等19发现，H2A.Z.1 与含溴结构域的蛋白质 2(bromodomain containing protein 2，BRD2)相互作用，这种相互作用是前列腺癌细胞中激素应答的靶基因表达所必需的。在黑色素瘤中，Vardabasso 等20发现，H2A.Z.2控制黑色素瘤细胞中 E2F 靶基因的转录输出，而这些基因以 H2A.Z.2 依赖的方式结合 BRD2 和 E2F1。在肠道干细胞维持的研究中发现，只有同时缺失H2A.Z 的两种亚型，才会导致非常严重的后果21。这些研究在一定程度上说明 H2A.Z.1 和 H2A.Z.2 在功能上似乎还存在一定的重叠或互补。在神经系统发育中，H2A.Z 不同亚型也发挥了不同的作用。有文献表明，在小鼠(Mus musculus)中敲除 H2A.Z.1 会促进神经和胶质祖细胞增殖，削弱神经发育分化的能力，进而影响了神经生成和胶质细胞生成2224；而在小鼠神经干细胞中 H2A.Z.2 通过与 CXCL14 相互作用进而促进小胶质细胞的异常增殖25。H2A.Z.2 又进一步分出两个亚型：早期鉴别出的 H2A.Z.2(现称 H2A.Z.2.1)和新鉴别出的剪切变体H2A.Z.2.2(以下简写为 Z2.2)26。Z.2.2 是 H2A.Z.2的一种剪切变体，在脑组织中高表达27。与 H2A.Z.2相比，Z.2.2 的 C 末端少 14 个氨基酸，导致它并不能进行 SUMO 化修饰28，并且 C 末端 6 个独特的氨基酸也导致了两者功能的差异29，早先的研究已经证明，H2A C 末端对组蛋白八聚体内蛋白质相互作用尤为重要30。2012 年，Wratting 等26和 Bonisch 第4期 孙朝冉等:组蛋白变体 H2A.Z 的转录调控功能与动态作用机制 281 等27还发现 Z.2.2 的掺入导致染色质重大结构变化，显著破坏核小体的稳定性，并且他们还证明不仅Z.2.2 C 末端氨基酸的缺失，而且 C 末端独特的氨基酸序列影响了其在染色质上的掺入。有文献表明，酵母中 RNAP II 与 H2A.Z C 末端相互作用，从而导致其在启动子处的招募，是否 Z.2.2 同样具有类似的机制还需要进一步探索31。人们开始思考 H2A.Z 的不同亚型所展示的独特功能背后的机制。Horikoshi 等32和 Greenberg 等33发现，H2A.Z.1 和 H2A.Z.2 在结构上最大的差异在于第 38 位氨基酸的不同；并且他们还发现在神经细胞中，H2A.Z.1 主要富集在启动子区，而 H2A.Z.2主要富集在增强子区域，这可能是导致他们不同功能的原因。此外，相互作用蛋白的不同也可能是H2A.Z 不同亚型功能差异的分子基础34。1.2 H2A.Z 的翻译后修饰对于基因转录调控的影响 组蛋白变体与经典组蛋白一样，在不同生物学过程中组蛋白的 N 末端和 C 末端尾巴进行多种翻译后修饰(post translation modification,PTM)，包括乙酰化、甲基化、磷酸化、SUMO 化和泛素化等35。组蛋白 PTM 导致与 DNA 结合的组蛋白尾巴的结构改变，进而影响染色质状态和基因表达36。H2A.Z 最常见的翻译后修饰为乙酰化和泛素化，SUMO 化和甲基化也有报道，它们在基因转录调控中扮演着不同的角色。1.2.1 H2A.Z 乙酰化修饰 H2A.Z的 乙 酰 化 修 饰(H2A.Z acetylation,H2A.Zac)是在四膜虫(Tetrahymena)中发现的37，主要发生在 H2A.Z N 末端第 4、7、11、13 位赖氨酸残基上38，是第一种被人们鉴别出的 H2A.Z 的翻译后修饰，也是后期研究最为广泛的。此后，人们开始把目光聚焦到 H2A.Zac 对于基因转录的调控。Bruce等39发现在鸡这个模式动物中，H2A.Z 往往以高乙酰化状态富集在活跃转录的基因，这与在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中发现H2A.Z的定位与转录活性密切相关是一致的40。进一步，人们在哺乳动物中也观察到了相似的现象，H2A.Zac 修饰水平与转录活性呈正相关。有数据显示，p21 基因启动子处 H2A.Zac 富集促进了其转录激活，从而抑制雌激素受体(estrogen receptor，ER)阴性乳腺癌细胞增殖41；Kerstin 等42又观察到在 ER 阳性的细胞中，细胞周期蛋白 D1(cyclin D1,CCND1)的转录激活需要 H2A.Zac 修饰。在前列腺癌细胞中也发现，H2A.Zac 通常富集在活跃基因上，并且随着基因状态的改变，H2A.Z 与 H2A.Zac 的富集比例也是动态变化的43。在胚胎发育以及细胞分化过程中，H2A.Zac 修饰通过影响染色质重塑复合物在染色质上的富集来影响基因表达调控44,45。H2A.Zac 还参与信号通路的激活。有研究表明非乙酰化 H2A.Z 与 Notch 靶基因表达呈负相关，而H2A.Zac 与依赖 Notch 信号通路的基因的表达呈正相关46。Valds-Mora 等47揭示出掺入乙酰化 H2A.Z 的核小体是激活雄激素受体(androgen receptor,AR)相关增强子的先决条件，与前列腺癌病人预后较差相关。这一系列证据也为后续对于其他组蛋白变体的研究提供了很好的思路。近几年，H2A.Z 的乙酰转移酶也得到了广泛研究。首先，人们在酿酒酵母中鉴别出 Esa1，它是 NuA4复合物的一个亚基，NuA4 是乙酰转移酶复合物48,49。随后，在果蝇(Drosophila)和哺乳动物中 NuA4 同源物被鉴别出，分别为 dTip60 和 Tip6050,51。在基因表达调控过程中，还需要保证 H2A.Zac 修饰处在动态平衡过程中。有研究表表明，包含 HDAC1/2 的核小体重塑和去乙酰化酶 NuRD 复合物可能参与了H2A.Z 的去乙酰化来保证生命活动的的有序进行52。1.2.2 H2A.Z 泛素化修饰 与乙酰化修饰在 N 末端不同，H2A.Z 单泛素化修饰(H2A.Z mono-ubiquitination H2A.Z.1ub1)通常发生在其 C 末端。H2A.Zac 在通常情况下多与基因激活有关，而 H2A.Z 泛素化修饰大多与基因沉默相关53,54。有趣的是，Ku 等44发现，在小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cell,mESC)中，在染色质同一区域同时发生 H2A.Z 的乙酰化和泛素化修饰，而 H2A.Z 双修饰通常富集在既有 H3K27me3 又有H3K4me3 修饰的染色质区域，也就是二价状态区域。H2A.Z 双修饰是否以及如何影响胚胎发育、细胞分 282 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 化，还需进一步探索。2016 年 Surface 等55发现 H2A.Z.1ub1 是通过拮抗下游转录激活剂 BRD2 来抑制 mESC 中发育启动子的转录，导致二价基因的抑制；并且实验数据还表明 H2A.Zub1 对于谱系分化至关重要，H2A.Z.1ub1 促进人多梳蛋白复合物 2(polycomb repressive complex 2,PRC2)和 H3K27me3与二价状态启动子的关联，进一步说明 H2A.Zub1 对于维持染色质二价状态是必须的。H2A.Z 泛素化修饰是如何通过 BRD2 来调控 mESC 基因沉默的还有待于进一步探究，并且在疾病发生发展过程中H2A.Z 泛素化如何调控基因沉默也值得人们思考。哺乳动物中 H2A.Z 与常染色质和异染色质相关，单泛素化是区分 H2A.Z 在不同染色质状态下的特定标志，并且研究中还鉴别出 H2A.Z 的泛素化酶，人多梳蛋白复合物(polycomb repressive complex 1,PRC1)的核心亚基RINGIB，可能发挥了 E3 泛素酶活性来催化 H2A.Z 泛素化54。随后，Draker 等53探究了 H2A.Z 去泛素化酶，泛素特异性蛋白酶 10(USP10)，并且发现 H2A.Z 和 USP10 是 AR 调节的PSA 和 KLK3 基因转录激活所必需的。1.2.3 H2A.Z SUMO 化修饰 与泛素小分子类似，SUMO 是一种小泛素样的修饰分子，它通过一系列专有酶作用以共价方式结合在底物蛋白上，进而催化底物 SUMO 化56。SUMO化对许多细胞生物学过程发挥了重要的作用，包括细胞周期进程、DNA 损伤修复以及基因转录等57。有研究报道，H2A.Z SUMO 化与 DNA 损伤修复密切相关。在酵母中，全染色体范围的 RAD51 分布和 H2A.Z SUMO 化是持续的 DNA 双链断裂(double strand break,DSB)向核外围移动所必需的58。随后，Fukuto 等59发现，PIAS4 介导的 H2A.Z.2 的SUMO化调节H2A.Z.2在DNA损伤位点的的交换。然而，H2A.Z SUMO 化对 DNA 损伤修复的作用及具体机制还有待于进一步深入研究。1.2.4 H2A.Z 甲基化修饰 研究表明，包含 SET 结构域蛋白 6(SET domain protein 6,SETD6)催化 H2A.Z 第 7 位赖氨酸发生单甲基化，H2A.ZK7me1 主要富集在分化相关基因的转录起始位点(transcription start site,TSS)，进而促进mESC 细胞的分化60。随后，人们在乳腺癌中也发现了 H2A.Z 的甲基化，SMYD3 催化 H2A.Z.1 第 101位赖氨酸二甲基化，进而使 H2A.Z.1 稳定的沉积在基因组上，促进与 H3 的相互作用，同时进一步发现，H2A.Z.1K101me2 富集在与细胞周期相关基因的启动子区域，从而激活它们的表达，调控乳腺癌细胞细胞周期进程61。目前，人们对于 H2A.Z 的甲基化修饰知之尚少，关于 H2A.Z 更多的甲基化修饰，催化 H2A.Z 的甲基化酶，去甲基化酶以及在基因激活与沉默中发挥的作用还需要进一步探索。1.3 H2A.Z 在基因组上的分布对基因转录调控的影响 Santisteban 等40和 Li 等62先后发现，酵母中H2A.Z 在不活跃基因的全基因组都有分布，启动子H2A.Z 富集程度与转录速率呈负相关。同时，实验也证明 H2A.Z 对这些基因的激活是不可或缺的。随后有研究显示，在酵母中，H2A.Z 也在活跃基因的启动子有富集，并调控相关基因的表达63。大量研究进一步揭示了 H2A.Z 在基因 TSS 的定位与转录的关系，Surface 等55在 mESC 中证明 H2A.Z 通过拮抗 BRD2 的招募而抑制二价基因的激活，与转录呈负相关；相关研究证明，H2A.Z 在基因间区的富集与转录成正相关，大多数情况与 H2A.Z 发生乙酰化修饰相关43,45。在一些成体细胞中也有类似的观察，实验结果表明 H2A.Z 在启动子区域的沉积对于 c-MYC 的激活至关重要，当 MYC 激活时，经典组蛋白 H2A 的掺入伴随着 H2A.Z 的替换64；随后，Sutcliffe 等65探究了 T 细胞中组蛋白变体的改变对于基因激活的影响，观察到类似的现象：富集在启动子区域的 H2A.Z 维持基因处于转录待命状态，可能更好地响应信号刺激引起的转录激活，但是，在基因转录激活时往往伴随着 H2A.Z 富集水平的下降。H2A.Z 在 TSS 的占位对转录的影响，可能与RNAP II 密切相关62。Adam 等31发现酵母中缺失H2A.Z 导致 RNAP II 在 GAL1-10 启动子区域招募显著减少；随后，在人骨肉瘤细胞中的研究也证实H2A.Z 先于 RNAP II 结合在基因启动子区，可能与RNAP II 的招募有关66。因此，H2A.Z 的定位往往伴随着转录机器的组装和转录起始(图 1)。第4期 孙朝冉等:组蛋白变体 H2A.Z 的转录调控功能与动态作用机制 283 图 1 +1 位 H2A.Z 核小体对 RNAP II 招募、暂停和延伸的影响 Fig.1 +1 nucleosome contains H2A.Z affects the recruitment,pausing and elongation of RNAP II 众所周知，TSS+1 位核小体是 RNAP II 的第一个障碍。启动子区的 H2A.Z 尽管促进转录机器招募，但是其定位与 RNAP II 的暂停和累积正相关67。最近 Boyer 等68在 mESC 中，通过快速降解策略，证实 H2A.Z.1 减慢 RNAPII 暂停-释放的速率，从而减弱负伸长因子(negative elongation factor,NELF)动力学以及新生转录(图 1)。另外，组蛋白伴侣 FACT(facilitates chromatin transcription)，它 也 是 一 种RNAP II 相关的重塑物，能阻止 H2A.Z 在染色质上的沉积，促进 RNAP II 的延伸69(图 1)。与 H2A 核小体相比，H2A.Z 掺入 TSS+1 位核小体上导致其稳定性下降 20%，从而导致包含 H2A.Z 的+1 位核小体对于 RNAP II 阻碍作用减弱70。因此，这些研究逐步解开了 H2A.Z 对 RNAP II 的双向作用的困惑。最近，越来越多研究表明，H2A.Z 不仅在启动子区域富集，而且在增强子区域也有显著富集。众所周知，启动子和增强子可以形成 DNA looping，这种结构可以使线性距离很远的元件得以相遇，以此来调控生命活动，比如，从空间上拉近启动子和增强子的距离，促使基因的转录起始。在这个过程中，接触到启动子的增强子可以招募蛋白质复合物，例如 mediator 复合物、启动前复合物(preinitiation complex,PIC)和细胞特异性转录因子等，促进相关基因的激活。Jin 等71对包括 H2A.Z 在内的核小体核心成分(nucleosome core particles,NCP)进行了全基因组分布的分析，作者发现一类特殊的包含H2A.Z 的 NCP，富集在增强子和启动子等区域的“无核小体区域”，进而导致该区域开放性增加，促进转录因子等的结合从而激活基因的表达。随后 Brunelle等72发现，在雌激素刺激下，H2A.Z 富集的增强子处产生增强子 RNA(enhancer RNA,eRNA)，并募集RNAP II 以及 RAD21，RAD21 是参与增强子和启动子之间染色质相互作用的凝聚素复合物的成员，揭示了 H2A.Z 在增强子的占位与启动子活性之间的关系。研究表明，在某些增强子区域也观察到和启动子相似的现象，基因诱导表达的同时伴随着 H2A.Z在这些增强子区域沉积减少，但 H2A.Z 在增强子的富集对于基因的激活又是不可或缺的42,46。在一些表达的基因的增强子处也发现，H2A.Z 在这些区域释放，这可能是因为在录延伸过程中 H2A.Z 的主动去除73,74。H2A.Z 在增强子区域的占位对于基因转录的机制还需要进一步去探索，并且进一步探究影 284 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 响 H2A.Z 在增强子区域富集的机制对于更全面地认识 H2A.Z 对基因转录调控至关重要。2 H2A.Z 在基因组上的定位与去除 H2A.Z 除了在不同生物学过程中通过不同组蛋白修饰对于基因表达调控产生不同的作用外，H2A.Z 分布的不同也对基因转录调控发挥与众不同的功能。最近，华中农业大学苗义良课题组通过微量组学技术，描绘了在小鼠早期胚胎不同时期H2A.Z 的动态分布，并部分建立了其分布与转录的关系75。不过，这些动态调控的分子基础还有待揭示。2.1 H2A.Z 在染色质上的掺入 有研究通过果蝇体内实验证明，ATP 依赖的染色质重塑复合物 SWR1，主要通过将 H2A-H2B 二聚体替换成 H2A.Z-H2B 的方式，将 H2A.Z 沉积在染色质特定区域7678，而此复合物中的 BDF1 是一种含有两个串联溴结构域的蛋白质，它可以结合乙酰化组蛋白尾巴，这表明 H2A.Z 的定位可能与 H2A.Z乙酰化有关79,80。2005 年，Raisner 等63通过一系列实验证明，在酵母中，H2A.Z 在活跃的和不活跃的基因的 TSS 都有富集，并且 H2A.Z 在染色质上的沉积确实与 BDF1 有关，但具体机制还有待于进一步探索。紧接着，有研究发现在哺乳动物中，酵母中SWR1 的同源物 SRCAP 和 Ep400，也同样催化H2A.Z 在染色质上的掺入81,82，并且通过生化实验也证明，人 Ep400/Tip60 复合物中的亚基也在 SWR1和 NuA4 乙酰转移酶复合物中发现8385，从而说明H2A.Z 的定位确实与其乙酰化状态息息相关(图 2)。2022 年，武汉大学李国红课题组发现 HIRA 复合物在监管 H3.3 掺入的同时，还与 SRCAP 相互作用影响 H2A.Z 在启动子区域的沉积86。SRCAP 复合物相关基因包括 YEATS4 等的突变是 导 致Floating-Harbor 综 合 征(Floating-Harbor syndrome)87以及子宫肌瘤、克隆造血等88,89的关键因素，并且，这些研究表明其致病机制都是 SRCAP功能缺失导致的 H2A.Z 沉积异常。因此，H2A.Z 掺入是一个染色质调控高度协调的过程，具有非常重要的发育生物学和病理生理学意义。2.2 H2A.Z 在染色质上的去除 正常情况下，H2A.Z 不可能一直在染色质上沉积，在基因激活时通常伴随着 H2A.Z 在染色质上的释放，因此，H2A.Z 在染色质上去除的机制以及与之相关的分子还有待于探索。2007 年，Luk 等90在酵母中鉴定出 H2A.Z 特异性伴侣蛋白Chz1，他们证明 Chz1 可以与 H2A.Z-H2B 形成异源三聚体，稳定了组蛋白二聚体的结构，但在真核生物中没有发现 Chz1 的同源类似物。带着 图 2 H2A.Z 在染色质上的定位与去除 Fig.2 The deposition and removal of H2A.Z in chromatin 第4期 孙朝冉等:组蛋白变体 H2A.Z 的转录调控功能与动态作用机制 285 对这个问题的思考，2014 年，Obri 等91首次发现ANP32E 作为 H2A.Z 特异的组蛋白伴侣蛋白，可以将 H2A.Z 在染色质上去除。同年，Mao 等92证实ANP32E 特异性识别 H2A.Z-H2B 二聚体，而非H2A-H2B 二聚体，更不是含有 H2A.Z 的核小体，并且他们还发现 ANP32E 对于 TSS+1 核小体的去除发挥了重要作用(图 2)。众所周知，酵母中 swr1 复合物通过将 H2A 置换成 H2A.Z 的方式，对 H2A.Z-H2B 二聚体在染色质上的定位至关重要76,78。而 INO80 和 swr1 都被鉴定出有 ATP 水解酶结构域，但与之不同的是，经实验证明他们在酵母中发挥相反的作用，INO80 将H2A.Z-H2B 二聚体置换成 H2A.Z-H2B 二聚体，从而实现 H2A.Z 在染色质上的去除93,94。随着研究不断深入，在人细胞中也发现在 DNA 损伤过程中，INO80 参与了 H2A.Z 在染色质上的去除95。因此，在不同的背景下，主动或者被动促进H2A.Z 去除的机制还没有完全阐明，甚至 H2A.Z 在基因表达调控中是否存在主动去除的情况都还需要进一步深入探索。3 结语与展望 1980 年，组蛋白变体 H2A.Z 首次在哺乳动物中被发现9。2000 年，其晶体结构被解析出来，使得人们重拾对 H2A.Z 探索的渴望10。进一步，科学家开始着手研究在不同生命过程和不同体系中 H2A.Z的功能，如基因转录、DNA 损伤修复、DNA 复制、胚胎早期发育与细胞分化以及脑神经等过程。随着人们认识的加深，科学家开始探索 H2A.Z 在疾病发生发展中的功能与作用，比如 H2A.Z 以及相互作用蛋白的突变在癌症和神经系统疾病中的影响。接着，越来越多的 H2A.Z 的组蛋白修饰被人们发现，进一步扩展了 H2A.Z 的功能。H2A.Z 对于基因转录的调控是非常有趣的。基因转录是一个复杂且精细的生物学过程，多种转录机器参与其中，以 RNAP II 为核心的转录机制已经得到广泛研究，人们对于基因转录过程的认识越来越清晰。研究者们惊喜地发现，作为一个热门的 H2A组蛋白变体，H2A.Z 对于基因转录调控似乎是双向的，它的功能受多种因素调控，如 H2A.Z 不同亚型，它的多种组蛋白修饰以及其在基因组上不同区域的沉积与去除等。科学家们发现 H2A.Z 的不同组蛋白修饰可能影响了它的定位，进一步影响了它对基因转录的调控，并且 H2A.Z 的去除似乎也是转录激活中不可或缺的一个步骤。尽管近几年对于 H2A.Z 的研究日益增多，但是还有很多亟待解决的问题值得人们思考和探究。例如，H2A.Z 对于基因转录调控多样性的探索，影响H2A.Z 在基因组不同区域特异性占位以及 H2A.Z 在染色质不同区域的主动或被动去除的机制，H2A.Z掺入或者主动/被动去除对染色质表观状态和基因转录调控的影响，以及 H2A.Z 的不同剪切变体在不同生物学过程中发挥的功能以及机制等。另外，探索 H2A.Z 与其他组蛋白变体和非组蛋白的特异相互作用也成为近些年来的研究热点。H2A.Z 的深入研究有望给相关疾病的病理过程带来新的干预手段。参考文献(References)：1 Chen P,Zhao JC,Li GH.Histone variants in development and diseases.J Genet Genomics,2013,40(7):355365.2 Buschbeck M,Hake SB.Variants of core histones and their roles in cell fate decisions,development and cancer.Nat Rev Mol Cell Biol,2017,18(5):299314.3 Talbert PB,Henikoff S.Histone variants on the move:substrates for chromatin dynamics.Nat Rev Mol Cell Biol,2017,18(2):115126.4 Doenecke D,Albig W,Bode C,Drabent B,Franke K,Gavenis K,Witt O.Histones:genetic diversity and tissue-specific gene expression.Histochem Cell Biol,1997,107(1):110.5 Albig W,Doenecke D.The human histone gene cluster at the D6S105 locus.Hum Genet,1997,101(3):284294.6 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