多梳蛋白和三胸蛋白

多梳蛋白（PcG）和三胸蛋白（TrxG）是两种相互拮抗的染色质调控系统，分别维持可遗传的基因抑制状态和基因激活状态。它们最初在果蝇中被遗传学定义为同源异形（Hox）基因模式的维持者，是细胞记忆的典型分子机制，能够使发育决策在多次细胞分裂中保持稳定。

Definition

多梳蛋白是建立和维持可遗传转录抑制的染色质复合体（特别是PRC1和PRC2），而三胸蛋白是维持可遗传转录活性的拮抗复合体；它们共同维持在发育过程中确定的基因表达状态。

Scope

本主题涵盖了PcG和TrxG复合体的构成、它们沉积和读取的组蛋白标记、它们如何形成自我强化的抑制和激活状态，以及为什么它们被认为是多细胞发育的核心记忆系统。它将这些蛋白质视为分子和发育生物学的一部分，而非临床或治疗指导。

Core questions

• PRC1和PRC2如何建立和传播抑制性染色质状态？
• 三胸蛋白复合体如何对抗多梳蛋白以维持活性状态？
• 为什么这些系统被认为是发育记忆的分子基础？
• 抑制和激活之间的平衡如何保持稳定但又可切换？

Key concepts

• 多梳抑制复合体PRC1和PRC2
• H3K27三甲基化（H3K27me3）
• PRC1对H2A的泛素化
• 三胸蛋白复合体和H3K4甲基化
• 多梳响应元件（在果蝇中）
• 同源异形（Hox）基因的维持
• 双稳态抑制与激活状态

Key theories

PRC2对H3K27me3的读写传播

PRC2使组蛋白H3的赖氨酸27三甲基化，并通过其EED亚基被相同的标记变构刺激，从而形成一个读写循环，使抑制性H3K27me3状态沿染色质传播并在复制后恢复——这是多梳蛋白可遗传沉默的提议基础。

Mechanisms

PcG沉默涉及两个复合体：PRC2沉积H3K27me3，PRC1识别多梳染色质并使组蛋白H2A单泛素化，同时使核小体致密化。由于PRC2通过其EED亚基被H3K27me3变构激活，该标记既可以在顺式传播，也可以在复制后在新沉积的组蛋白上重新建立，从而支持可遗传的抑制。三胸蛋白复合体通过甲基化H3K4并在相同的靶基因上维持可接近的活性染色质来对抗这种作用。这两个系统之间的拮抗作用，通常锚定在明确的调控元件上，形成了自我强化的抑制或激活状态，这些状态在细胞分裂中持续存在，并定义了发育基因模式的记忆。

Clinical relevance

多梳蛋白和三胸蛋白的组分在癌症和发育综合征中经常被描述为发生改变，这就是为什么它们的正常逻辑是基础遗传学教育的一部分；PRC2组分也是研究性疗法的靶点。本条目解释了它们的生物学，并非治疗建议的来源。

History

多梳蛋白和三胸蛋白基因是通过果蝇遗传学鉴定出来的，它们是同源异形基因表达的维持者：多梳蛋白突变导致抑制丧失引起的后部转化，而三胸蛋白突变导致激活丧失引起的相反转化。后来发现这些系统通过染色质发挥作用，PRC2的H3K27甲基转移酶活性及其EED亚基的读写作用阐明了多梳蛋白抑制是如何传播的，同时平行研究也定义了三胸蛋白H3K4甲基化机制。

Debates

多梳蛋白在哺乳动物中如何被招募到其靶点？

在果蝇中，明确的多梳响应元件招募复合体，但哺乳动物的靶向机制尚不明确，被不同地归因于未甲基化的CpG岛、转录因子和RNA，使得招募逻辑成为一个活跃的研究问题。

Key figures

• Renato Paro
• Danny Reinberg
• Raphael Margueron
• Edith Heard
• Vincenzo Pirrotta

Seminal works

• margueron-reinberg-2011
• grossniklaus-paro-2014
• kouzarides-2007

Frequently asked questions

多梳蛋白和三胸蛋白有什么区别？

多梳蛋白维持基因处于稳定的抑制状态，而三胸蛋白维持相反的激活状态；它们共同使发育基因表达的决策在细胞分裂中保持固定。

为什么H3K27me3标记对记忆很重要？

PRC2既能写入H3K27me3，又受其刺激，因此抑制性标记可以在DNA复制后传播和恢复，从而使沉默状态能够遗传给子代细胞。