H2A 组蛋白家族，成员 X

组蛋白包裹 DNA 形成核小体颗粒，压缩真核基因组。每个核小体核心颗粒由一个八聚体包裹的 DNA 组成，该八聚体包含高度保守的组蛋白 H2A（见613499）、H2B（见609904）、H3（见602810）和 H4（见602822）中的每一个分子。H1 组蛋白（见142709） 占据核小体之间的接头 DNA。典型组蛋白基因聚集在重复阵列中，它们的转录与 DNA 复制紧密耦合。相比之下，非规范变体组蛋白基因在基因组中单独发现，组成型表达，并编码初级氨基酸序列与其规范旁系同源物不同的组蛋白。与主要在基因组包装和基因调控中起作用的典型组蛋白不同，变异组蛋白在 DNA 修复、减数分裂重组、染色体分离、转录起始和终止、性染色体浓缩和精子染色质包装中起作用。H2AFX 是 H2A 家族的变体组蛋白（Talbert 和 Henikoff 综述，2010 年）。

有关组蛋白、组蛋白基因簇和 H2A 组蛋白家族的其他背景信息，请参阅 HIST1H2AA（ 613499 ）。

▼ 克隆与表达

伊万诺娃等人（1994）指出，这种被他们称为 H2A.X 的基因是 3 个中的 1 个，其合成与 DNA 复制无关。他们指出，H2AX 由一个交替加工的转录本编码，该转录本产生 2 种 mRNA，一个 0.6-kb 的茎环转录本与复制相关组蛋白的那些转录本无法区分，以及一个 1.6-kb 的通读多腺苷酸化转录本。伊万诺娃等人（1994）注意到该基因编码一个 142 个氨基酸的蛋白质，该蛋白质具有独特的 C 末端序列 QASQEY，该序列在低等真核生物中是保守的。

▼ 基因功能

陈等人（2000）报道，与辐射诱导的 DNA 双链断裂（DSB） 相关的 Nijmegen 断裂综合征蛋白（NBS1; 602667 ） 和磷酸化 H2AX（γ-H2AX） 也存在于 V（D）J 位点（变量、多样性、连接）重组诱导的 DSB。在发育中的胸腺细胞中，NBS1 和 γ-H2AX 形成核灶，与 T 细胞受体-α（TCRA; 见186880 ） 基因座共定位以响应重组激活基因-1（RAG1; 179615 ） 蛋白介导的 V（D） J 解理。陈等人（2000）得出结论，他们的结果表明 NBS1 和 γ-H2AX 对 T 细胞受体重组中间体的监测对于预防致癌易位可能很重要。

类别转换重组是一种区域特异性 DNA 重组反应，将一个免疫球蛋白重链恒定区基因替换为另一个。这使得单个可变区基因能够与不同的下游重链恒定区基因结合使用，每个基因都具有独特的生物学活性。该作用需要激活诱导的胞苷脱氨酶（AID; 605257 ），一种推定的 RNA 编辑酶。彼得森等人（2001）据报道，在进行类别转换重组的细胞中，促进DNA双链断裂修复的NBS1蛋白和γ-H2AX在细胞周期G1期的重链恒定区形成核灶。H2AX -/- 小鼠的类开关重组受损。NBS1 和 γ-H2AX 在类转换重组过程中定位到免疫球蛋白重链基因座取决于 AID。此外，在类开关重组之前诱导开关区域特异性 DNA 损伤需要 AID。彼得森等人（2001）得出结论，AID 在启动类转换重组的 DNA 修饰上游起作用。

乔杜里等人（2005）发现蛋白磷酸酶-2A（PP2A） 在双链断裂修复过程中参与从 DNA 病灶中去除 γ-H2AX。PP2A 催化亚基（PPP2CA; 176915 ） 和 γ-H2AX 从人类细胞系共免疫沉淀，并在 DNA 损伤灶中共定位，PP2A 在体外使 γ-H2AX 去磷酸化。向 DNA 损伤灶募集 PPP2CA 是 H2AX 依赖性的。RNA 干扰对 PPP2CA 的抑制导致 γ-H2AX 病灶持续存在、DNA 修复效率低下以及对 DNA 损伤过敏的细胞。

戈尔古利斯等人（2005）分析了一组人类肺增生，所有这些都保留了野生型 p53（ 191170 ） 基因并且没有明显染色体不稳定的迹象，并发现了 DNA 损伤反应的迹象，包括组蛋白 H2AX 和 CHK2（ 604373 ） 磷酸化，p53 p53 结合蛋白-1（53BP1; 605230 ） 的累积、局部染色） 和细胞凋亡。进展为癌与 p53 或 53BP1 失活和细胞凋亡减少有关。在发育不良痣和人类皮肤异种移植物中也观察到 DNA 损伤反应，其中生长因子的过表达诱导了增生。当 DNA 复制受到损害时（常见的易碎位点），肺和实验诱导的皮肤增生均在易于形成 DNA 双链断裂的基因座处显示等位基因失衡。戈尔古利斯等人（2005）提出，从最早阶段开始，癌症的发展就与 DNA 复制压力有关，这会导致 DNA 双链断裂、基因组不稳定性和 p53 突变的选择压力。

通过检查缺乏 H2ax、Atm（ 607585 ）、53bp1 或 Mdc1（ 607593 ）的小鼠 B 淋巴细胞中的免疫球蛋白重链（参见147100 ） 类转换重组， Franco 等人（2006）确定这些因素促进末端连接，从而防止 DNA 双链断裂发展为染色体断裂和易位。

基奥等人（2006）描述了酿酒酵母中的 3 蛋白复合物，他们将其称为组蛋白 H2A 磷酸酶复合物的 HTP-C，含有磷酸酶 Pph3，可在体内调节 γ-H2AX 的磷酸化状态并在体外有效地使 γ-H2AX 去磷酸化。γ-H2AX 从孤立于 HTP-C 的双链断裂周围的染色质中丢失，表明磷酸酶在从 DNA 置换后靶向 γ-H2AX。HTP-C 对 γ-H2AX 的去磷酸化对于从 DNA 损伤检查点有效恢复是必要的。

Chu 等人在秀丽隐杆线虫中使用蛋白质组学、细胞学和功能分析的组合（2006）将 1,099 种与生精染色质共纯化的蛋白质减少到 132 种蛋白质用于功能分析。这种寻找从秀丽隐杆线虫到哺乳动物中保存的生育因子的策略实现了其目标：在对应于线虫蛋白的小鼠基因敲除中，37%（19 个中的 7 个）导致雄性不育。此列表包括 PPP1CC（ 176914 ）、H2AX、SON（ 182465 ）、TOP1（ 126420 ）、DDX4（ 605281 ）、DBY（ 400010 ） 和 CENPC（ 117141 ）。

GABA（A） 受体通过 phosphatidylinositol-3-OH 激酶相关激酶家族的 S 期检查点激酶和组蛋白变体 H2AX 发出信号。该信号通路孤立于分化、细胞凋亡和对 DNA 的明显损伤来严格调节增殖。安当等人（2008）证明通过 GABA（A） 受体的自分泌/旁分泌 γ-氨基丁酸（GABA） 信号传导负控制胚胎干（ES） 细胞和外周神经嵴干（NCS） 细胞增殖、植入前胚胎生长和边界增殖 -帽干细胞生态位，导致来自该干细胞生态位的神经元后代的衰减。GABA（A） 受体的激活导致超极化、细胞体积增加和干细胞在 S 期的积累，从而导致细胞增殖迅速下降。安当等人（2008）得出结论，他们的结果表明，与大多数体细胞相比，这些干细胞中存在一种根本不同的增殖控制机制，涉及 DNA 损伤检查点途径中的蛋白质。

阿尤布等人（2008）确定了染色质的动态变化，可促进哺乳动物细胞中的 H2AX 磷酸化。DNA 断裂迅速动员异染色质蛋白 1-β（HP1-β；604511），一种与赖氨酸 9 上甲基化的组蛋白 H3 结合的染色质因子（H3K9me；参见602810）。组蛋白尾部修饰的局部变化不明显。相反，HP1-β 在氨基酸 thr51 上的磷酸化伴随着动员，通过破坏 H3K9me 周围折叠其染色质结构域的氢键，从染色质中释放 HP1-β。抑制酪蛋白激酶 2（CK2；见115442），一种参与 DNA 损伤感知和修复的酶，抑制活细胞中的 thr51 磷酸化和 HP1-β 动员。CK2 抑制，或组成性染色质结合 HP1-β 突变体，减少了 H2AX 磷酸化。阿尤布等人（2008）得出结论，他们的研究结果揭示了一个信号级联反应，有助于启动 DNA 损伤反应，通过修改组蛋白密码介质蛋白 HP1 而不是密码本身来改变染色质。

在双链断裂反应期间，哺乳动物染色质经历由 H2A.X ser139 磷酸化划分的重组。肖等人（2009）报道了一种由 WSTF（BAZ1B; 605681 ） 介导的调节机制，它是 WICH（WSTF-ISWI ATP 依赖性染色质重塑） 复合物的一个组成部分。肖等人（2009）通过与任何已知激酶折叠没有序列同源性的结构域表明 WSTF 具有内在的酪氨酸激酶活性。他们表明 WSTF 磷酸化 H2A.X 的 tyr142，并且 WSTF 活性在调节对 DNA 损伤反应至关重要的几个事件中具有重要作用。肖等人（2009）得出的结论是，他们的工作证明了一种调节 DNA 损伤反应的新机制，并扩大了对含有内在酪氨酸激酶活性的结构域的了解。WSTF 的激酶结构域由一个包含保守 WAC 结构域的 N 基序和一个新的 C 基序组成。

库克等人（2009）报道，蛋白酪氨酸磷酸酶 EYA（ 601653 ） 通过对 H2AX 羧基末端酪氨酸磷酸进行损伤信号依赖性去磷酸化，参与促进有效的 DNA 修复而不是细胞凋亡，以响应哺乳动物胚胎肾细胞的基因毒性应激（Y142）。这种翻译后修饰决定了 DNA 修复或促凋亡因子向丝氨酸磷酸化组蛋白 H2AX 尾部的相对募集，并使其成为修复/存活与对 DNA 损伤的凋亡反应的主动决定因素，揭示了一种额外的磷酸化依赖性机制在哺乳动物器官发生过程中调节生存/凋亡决定。

在体内，Helmink 等人（2011）证明，在鼠细胞中，组蛋白 H2AX 可防止 Artemis（ 605988 ） 以外的核酸酶处理发夹封闭的编码末端；在没有 H2AX 的情况下，CtIP（ 604124 ） 可以有效地促进 RAG（见179615）切割产生的 DNA 末端的发夹开放和切除。这种 CtIP 介导的切除受到 γ-H2AX 和 MDC1（ 607593 ） 的抑制，MDC1（607593） 在染色质侧翼 DNA 双链断裂中与 γ-H2AX 结合。此外，共济失调-毛细血管扩张症突变激酶（ATM；607585） 激活调节这种切除的拮抗途径。CtIP DNA 末端切除活性通常仅限于细胞周期复制后阶段的细胞，在该阶段它对于同源介导的修复至关重要。在 G1 期淋巴细胞中，由 CtIP 处理的 DNA 末端不能通过经典的非同源末端连接有效连接，并且确实形成的接头经常使用微同源性并显示出显着的染色体缺失。赫尔明克等人（2011）得出结论，H2AX 保留了 G1 期淋巴细胞中断裂 DNA 末端的结构完整性，从而防止这些 DNA 末端进入促进基因组不稳定性的修复途径。

裴等人（2011）发现 H4K20 甲基化实际上在诱导双链断裂时局部增加，并且 H4K20 在双链断裂处的甲基化由哺乳动物中的组蛋白甲基转移酶 MMSET（ 602952 ） 介导。MMSET 的下调显着降低了双链断裂处的 H4K20 甲基化和随后的 53BP1 积累（ 605230 ）。此外，裴等人（2011）发现 MMSET 募集到双链断裂需要 γ-H2AX-MDC1 途径；具体来说，MDC1 BRCT 结构域与 MMSET 的磷酸化 ser102 之间的相互作用。因此，裴等人（2011）提出涉及 γ-H2AX-MDC1-MMSET 的途径调节双链断裂周围组蛋白 H4K20 甲基化的诱导，这反过来又促进了 53BP1 的募集。

Hu 等人在人类骨肉瘤细胞中使用小干扰 RNA 介导的敲低研究（2013）表明 ZNF668（ 617103 ） 促进 TIP60（KAT5; 601409 ） 介导的 H2AX lys5 乙酰化和染色质松弛，以促进同源重组定向修复电离辐射引起的双链断裂。

▼ 基因结构

伊万诺娃等人（1994）克隆了包含 H2AX 基因的人类基因组区域。他们报告说，该基因的上游区域包含 2 个 CCAAT 框，其中更近的一个与另一个复制未连接的组蛋白 H2A.Z（ 142763 ） 具有同源性和结合因子。

▼ 测绘

伊万诺娃等人（1994）使用荧光原位杂交将人类 H2AX 基因定位到染色体 11q23.2-q23.3。这种定位并不靠近染色体 1、6 和 12 上的其他人类组蛋白基因簇。他们还指出，H2AX 基因的下游序列与羟甲基胆烷合酶基因（HMBS; 609806 ） 重叠，该基因也已被对应到染色体 11q .

Porcher 和 Grandchamp（1995）报告说，在小鼠和人类中，H2AX 和 AIP 基因以相反的尾对尾方向排列，它们的 3' 末端之间只有不到 340 个核苷酸。他们根据小鼠 H2AX 与先前映射的小鼠 AIP 或 UPS 基因的接近程度，将小鼠 H2AX 对应到 9 号染色体。

▼ 分子遗传学

斯里瓦斯塔瓦等人（2008 年）发现来自散发性疾病患者的 65 个乳腺癌（ 114480 ） 组织中有 25 个（37%） 的 H2AFX 基因拷贝数发生了变化。基因缺失占总病例的 19 例（29%），基因扩增占 6 例（9%）。与 ER/PR 阴性肿瘤患者相比，雌激素（ES1R1；133430 ） 和孕激素受体（PGR；607311 ） 阳性肿瘤患者的 H2AFX 拷贝数改变更显着。没有一个组织包含 H2AFX 序列改变。

▼ 动物模型

塞莱斯特等人（2002）通过靶向破坏产生缺乏 H2AX 的小鼠。尽管 H2AX 对辐射诱导的细胞周期检查点不是必需的，但 H2ax -/- 小鼠对辐射敏感、生长迟缓和免疫缺陷，突变雄性不育。这些多效性表型与染色体不稳定、修复缺陷和 NBS1（ 602667 ）、TP53BP1（ 605230 ） 和 BRCA1（ 113705 ） 募集受损相关，但与辐射诱导病灶的RAD51（ 179617 ） 无关。因此，Celeste 等人（2002）得出结论，H2AX 对于促进特定 DNA 修复复合物在受损 DNA 上的组装至关重要。

人类组蛋白变体 H2AX 和 H2Av（其在黑腹果蝇中的同源物）的磷酸化在 DNA 双链断裂位点迅速发生。库施等人（2004）证明了果蝇 Tip60（HTATIP; 601409 ） 染色质重塑复合物乙酰化核小体磷酸化 H2Av 并将其与未修饰的 H2Av 交换。组蛋白乙酰转移酶 Tip60 和 ATPase Domino/p400（ 606265 ） 都催化了磷酸化 H2Av 的交换。因此，Kusch 等人（2004）得出结论，他们的数据揭示了一种以前未知的选择性组蛋白交换机制，该机制利用同一多蛋白复合物中 2 种不同染色质重塑酶的协同作用。

在男性的减数分裂前期，X 和 Y 染色体凝聚形成一个大染色质体，称为性（或 XY）体，其中 X 和 Y 连锁基因被转录抑制。费尔南德斯-卡佩蒂略等人（2003）发现 H2ax-null 小鼠精母细胞没有形成性体，也没有经历性染色体失活。此外，H2ax-null 精母细胞的凋亡消除发生在粗线期通过不依赖 p53（ 191170 ） 的途径。费尔南德斯-卡佩蒂略等人（2003）得出结论，H2AX 对于男性减数分裂过程中性染色体的凝结和沉默至关重要。

费尔南德斯-卡佩蒂略等人（2003）发现 H2ax 对于有丝分裂端粒维持和由缩短或脱保护的端粒引起的染色体融合是可有可无的。然而，在第一次减数分裂前期，H2ax 缺陷小鼠精母细胞的端粒沿核外围显示异常长的聚集。Atm（ 607585 ）-null 瘦素/合子期精母细胞除了没有 H2ax 染色外，还显示出类似的长端粒聚集。费尔南德斯-卡佩蒂略等人（2003）得出结论，ATM 通过 H2AX 的磷酸化促进端粒促进的同源物配对。

塞莱斯特等人（2003）发现单个 H2ax 等位基因的缺失会损害基因组完整性并增强缺乏 p53 的小鼠对癌症的易感性。与杂合子相比，H2ax 纯合子无效背景中的肿瘤出现得更早，并且 H2ax -/- p53 -/- 淋巴瘤的克隆性非相互易位和扩增频率增加，包括将 Myc 癌基因（ 190080 ） 与抗原受体基因座并列的复杂重排. 用野生型 H2ax 恢复 H2ax-null 等位基因恢复了基因组稳定性和辐射抗性，但通过用丙氨酸或谷氨酸替换 H2ax 中保守的丝氨酸磷酸化位点消除了这种影响。塞莱斯特等人（2003）得出结论，H2AX 是一种基因组看护者，需要两个等位基因的功能才能对肿瘤发生进行最佳保护。贝辛等人（2003）提出了类似的发现。

缺氧会诱导新血管形成，也可以诱导 DNA 损伤反应。Economopoulou 等人（2009）表明，在体外和小鼠体内，人脐静脉内皮细胞中缺氧诱导的复制相关生成磷酸化 γ-H2AX。在小鼠中，这与视网膜新血管形成有关。H2ax-null 小鼠在缺氧条件下表现出内皮细胞增殖减少，包括在增殖性视网膜病变、后肢缺血和肿瘤血管生成中缺氧诱导的新生血管形成。相反，发育性血管生成不受影响。内皮特异性 H2ax 缺失导致缺氧驱动的视网膜新生血管和肿瘤新生血管减少。Economopoulou 等人（2009）表明内皮细胞需要 H2AX 和激活 DNA 修复反应来维持其在缺氧条件下的增殖，并且 H2AX 对于缺氧驱动的新血管形成至关重要。