组蛋白和非组蛋白

教学中生成的内容：今天在课堂教学中，在讲染色体的过程中，有同学提出了着丝粒是怎么分开的？我们在教学中经常说不是纺锤丝牵拉造成分开，是基因控制，但事实又是怎么样的呢？

查找资料发现，可能和组蛋白有关，有两篇报道讲到了组蛋白参与到遗传。

一、组蛋白的简述

组蛋白是指所有真核生物的细胞核中，与DNA结合存在的碱性蛋白质的总称。

组蛋白含精氨酸和赖氨酸等碱性氨基酸特别多，二者加起来约为所有氨基酸残基的1/4。组蛋白与带负电荷的双螺旋DNA结合成DNA—组蛋白复合物。因氨基酸成分和分子量不同，主要分成5类。

组蛋白于1834年由德国科学家A.科塞尔发现。早在1888年德国化学家科塞（A.Kossel）已从细胞核中分离出组蛋白，并认识到它们作为碱性物质应在核中与核酸结合，但直到1974年才了解组蛋白的确切作用。一些实验室随后证明组蛋白以独特的方式构成核小体的组分。DNA与组蛋白是染色质的稳定成分，而DNA与组蛋白包装成染色质的基本结构单位是核小体。

通常含有H1，H2A，H2B，H3，H4等5种成分。除H1外，其他4种组蛋白均分别以二聚体(共八聚体）相结合，形成核小体核心。DNA便缠绕在核小体的核心上。而H1则与核小体间的DNA结合。因此，一般认为组蛋白作为结构支持体的作用比其基因调节作用更为重要。

二、最新生理作用报道

1．参与着丝粒分裂

来自德国马普免疫生物和表观遗传研究所的科学家们在新研究中证实一种DNA的包装蛋白——组蛋白CenH3对染色体着丝粒的定位、功能和遗传起决定性作用。这一研究发现或将有助于研究人员开发出可用于医学基因治疗的人类人工染色体（artificial human chromosomes），相关研究论文发表在 2011年11月4日的《科学》(Science)杂志上。

着丝粒为蛋白质复合体即动粒的形成提供平台。在细胞分裂过程中，动粒为细胞骨架提供一个附着点，确保染色体向着细胞的两极移动。大多数生物体着丝粒的位置都不取决于DNA序列，而是受到表观遗传学调控。唯一的例外就是单细胞的真菌面包酵母是通过特异的DNA序列“编码”着丝粒的位置。

 此前，研究人员发现H3组蛋白的一种变异体即CenH3有可能是一种特殊的着丝粒表观遗传学标记物。组蛋白与DNA结合很大程度上不依赖于内部序列，并可帮助包装长线状的DNA分子。CenH3独特地存在于各种生物体着丝粒的DNA区域。在新研究中来自德国马普免疫生物和表观遗传学研究所.Patrick Heun研究小组以及德国亥姆霍兹联合会（Helmholtz Research Center）的研究人员发现仅靠CenH3就足以引发着丝粒形成。

在一系列实验中，研究人员将CenH3组蛋白装配到了人工附着的DNA结合区域，使这一蛋白能够与没有正常着丝粒形成的DNA区域结合。随后在细胞分裂过程中，出现了一个功能性的动粒，并与细胞骨架相互作用。利用这种方法，研究人员成功地在细胞分裂过程中将人工微型染色体分配到了两个子细胞中。这一蛋白还能分别招募其他的CenH3蛋白。“这确保了在每次细胞分裂后着丝粒上有足够的CenH3。不会随着细胞分裂而使CenH3蛋白数量减半。通过这种方式，着丝粒的位置就能够代代相传下去，”Heun说。

在面部酵母中由DNA确定的着丝粒位置通常是一成不变的，而由蛋白确定的着丝粒位置则更容易发生改变，这有可能在进化中发挥了某些作用。尽管包含着高达数百万个DNA组成元件，着丝粒还是可以“跳跃”到其他位置而不引起DNA移动。因此，在某些罕见的情况下，新着丝粒有可能会在密切相关的猿类物种中出现。这些新着丝有可能促成了某些新物种的出现。

此外，了解CenH3对于着丝粒的中心作用对于医药研发也具有非常重要的意义。科学家们或有可能制造出人类人工染色体替代病毒用于基因治疗。

2．参与几代之间的遗传

科学家们对于环境记忆如何在几代之间传递仍了解较少。McGill的研究人员以及他们的合作伙伴认为他们已经找到了这一分子谜题的关键部分，他们发现组蛋白可能在这一过程中发挥着关键作用。

这项发表在国际学术期刊Science上的最新研究可能会大大改变我们对于遗传过程的理解。

在过去几十年里，表观遗传学领域的大部分研究都聚焦在DNA与DNA表面的特定分子（如甲基基团）之间的关系，这种关系就像是一个双向开关，既可以上调特定基因的表达也可以下调特定基因的表达。

组蛋白不同于DNA，它们在细胞内与DNA结合，就像线轴一样被DNA包绕着，由于组蛋白也是精子的组成部分，因此研究人员对于组蛋白是否在受精过程中将遗传信息从父亲传递给了孩子感到十分好奇。

为了验证这一理论，研究人员构建了小鼠模型，他们轻微改变了精子形成过程中组蛋白上携带的生化信息，随后研究了这种变化对后代的影响。

研究人员发现组蛋白改变会对小鼠后代的发育和生存都产生极端后果，比如更容易产生先天缺陷，骨骼发育异常。更加令人惊讶的是，这些影响在两代之后仍然可能存在。

研究人员说道：“当我们看到不止一代小鼠出现生存率下降和发育异常的现象时，我们才真正意识到，DNA之外的其他一些东西，比如蛋白，也会参与遗传过程。这项发现太让人惊奇了，这表明遗传信息不仅仅通过DNA进行遗传，除此之外也说明父亲在子女以及孙子辈的健康中扮演着至关重要的作用。”

 （来自于科学网）