通过尾部捕获组蛋白一种新的探针用于跟踪活细胞中组蛋白的修饰

东京工业大学的科学家开发出一种灵敏的荧光抗体探针，专门检测活细胞中组蛋白H4中赖氨酸20的单甲基化。该研究具有未来意义，可用于监测单个活细胞中组蛋白修饰和基因组完整性的动态，而不会干扰细胞功能。

通过将核DNA包装到染色质中来维持活细胞中的基因组完整性，染色质保护其免受损伤并控制基因复制和表达。组蛋白是染色质的主要蛋白质成分，它们的翻译后修饰调节染色质结构，在DNA修复，DNA复制，有丝分裂等生物过程中发挥重要作用。在修饰中，组蛋白H4在赖氨酸20(H4K20)的甲基化)从酵母到人类是进化上保守的，并且存在三种状态，单 - ，二 - 和三甲基化，每种状态都具有不同的生物学作用。研究通过组蛋白修饰调节的常规技术限于固定(死亡)细胞，因此阻止评估单个活细胞中的组蛋白修饰。

为了应对这一挑战，由东京工业大学创新研究所的Kimura教授领导的一组科学家生成了一种遗传编码的活细胞成像探针，用于敏感监测H4K20单甲基化(H4K20me1)的细胞内时空动态。该探针称为薄荷体(修饰特异性细胞内抗体)，是一种用荧光蛋白标记的单链可变片段，在活酵母，哺乳动物细胞甚至多细胞生物体中对H4K20me1的二甲基化和三甲基化具有高度特异性。

H4K20me1很可能与多余(失活的)雌性X染色体(Xi)紧密堆积成异染色质有关。在一个蛔虫Caenorhabditis elegans模型中，Kimura教授及其同事表明，H4K20me1-薄荷体可用于监测H4K20me1在细胞周期中的变化和剂量补偿的X染色体的定位而不破坏细胞功能。因此，新的薄荷体可以克服与直接在活细胞中可视化和跟踪组蛋白修饰相关的挑战。

该研究还鉴定了使用X射线晶体学和遗传分析负责H4K20me1-薄荷体构象稳定性，溶解性以及因此功能性能的关键氨基酸。因此，制定了由于限制其使用的细胞质中的异常折叠导致细胞内表达的抗体片段的有限溶解度的现有问题的可能解决方案。

将来，开发针对不同翻译后组蛋白修饰的额外薄荷体将有助于鉴定控制表观遗传修饰的调节机制。

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