組織蛋白（，或稱組蛋白）是真核生物體細胞染色質與原核細胞中的鹼性蛋白質，和 DNA 共同組成核小體結構。它們是染色質的主要蛋白質組分，作為 DNA 纏繞的線軸，並在基因調控中發揮作用，但是原核細胞組蛋白對基因調控的作用非常微弱。沒有組織蛋白，染色體中未纏繞的 DNA 將非常長（人類 DNA 中的長寬比超過 1000 萬比 1）。例如，每個人類二倍體細胞（含有 23 對染色體）具有約 18 米長的 DNA，但是在組織蛋白上纏繞它具有大約 90 微米（009 毫米）的染色質，當在有絲分裂期間複製和濃縮時，其導致約 120 微米的染色體。 分類和組織蛋白變體 存在五個主要的組織蛋白家族： H1H5，H2A，H2B，H3 和 H4 。組織蛋白 H2A，H2B，H3 和 H4 被稱為核心組織蛋白（Core Histone），而組織蛋白 H1H5 被稱為連線組織蛋白（Linker Histone）。 在 H2A、H2B、H3 及 H4 這四種組織蛋白中的其中兩種稱為「核心組織蛋白」，並且集合成為八聚體的核小體核心顆粒。這種集合是將 DNA 的 146 對鹼基對以 165 左手超螺旋形圍在這個蛋白質線軸。連線組織蛋白 H1 將核小體核心顆粒與 DNA 的進入位點及 E 位點結合，因而可以將 DNA 緊扣在位，並且能容許形成更高層次的結構。最基本的形狀為一個 10 奈米的纖維或一連串的珠子。這涉及將在每一個核小體之間約 50 對的 DNA 鹼基對圍在這些核小體上，這些 DNA 又稱為連線 DNA。較高層次的結構包括有 30 及 100 奈米的纖維，是在一般細胞內的結構。在減數分裂中，透過核小體與其他蛋白質的相互作用，合成染色體。合成的組織蛋白與 DNA 稱為染色質。 核心組織蛋白是高度保守的蛋白質，意即組織蛋白在氨基酸序列中有著非常小的改變。連線組織蛋白通常有著多於一種的形狀，對比核心組織蛋白是保守程度較低的。 在主要的組織蛋白類別中，亦存在一些異構體。它們有著相同的氨基酸序列及相似的核心結構，但卻有著不同的特徵。這些不同的組織蛋白通常帶著染色質的特別功能，就如與 H3 相似的 CenpA 是唯一的組織蛋白與染色體的著絲點聯合；H2A 的異構體 H2AZ 是與活性轉錄基因聯合與涉及在異染色體的形成；另一個 H2A 異構體 H2AX 以雙鏈斷裂與 DNA 結合，並進行 DNA 修復。 H1 組織蛋白 H1 有著一個中央球狀結構域及長的 C 與 N 端尾巴，能將小珠子串結構圍成 30 奈米大小的螺線管結構。對比其他種類的組織蛋白，H1 的數量只為其他的一半。這是因為它不是構成核小體部份，而只是將 DNA 及核小體緊扣在一起。H1 亦有著它的異構體，稱為組織蛋白 H5。 H2A、H2B 及 H4 組織蛋白 H2A、H2B 及 H4 同樣有著一個主要的球狀結構域與長的 N 端尾巴，是組成小珠子串結構內的核小體的重要單元。 H3 與組織蛋白 H2A 及 H2B 類似，組織蛋白 H3 有著一個主要的球狀結構域與長的 N 端尾巴，是組成小珠子串結構內的核小體的重要原素。它的 N 端尾巴從球狀核小體核心伸出，能進行多種影響細胞運作的表觀遺傳修飾。這些修飾包括將甲基及乙醯基共價附著於離氨酸或精氨酸，及絲氨酸或羥丁氨酸的磷酸化。離氨酸 9 的甲基化涉及基因沉默及在 DNA 內形成相對較不活躍的異染色質。組織蛋白 H3 的乙醯基化會在組織蛋白尾巴內不同的離氨酸位置出現，並且由組織蛋白乙醯轉移酶（HAT）所催化。離氨酸 14 的乙醯基化在基因中很普遍，亦會轉錄成為核糖核酸（RNA）。 以下是人類組蛋白的列表： 超級家族 家族 亞家族 成員 連線組織蛋白 H1 H1F H1F0 H1FNT H1FOO H1FX 連線組織蛋白 H1 H1H1 HIST1H1A HIST1H1B HIST1H1C HIST1H1D HIST1H1E HIST1H1T 核心組織蛋白 H2A H2AF H2AFB1 H2AFB2 H2AFB3 H2AFJ H2AFV H2AFX H2AFY H2AFY2 H2AFZ 核心組織蛋白 H2A H2A1 HIST1H2AA HIST1H2AB HIST1H2AC HIST1H2AD HIST1H2AE HIST1H2AG HIST1H2AI HIST1H2AJ HIST1H2AK HIST1H2AL HIST1H2AM 核心組織蛋白 H2A H2A2 HIST2H2AA3 HIST2H2AC 核心組織蛋白 H2B H2BF H2BFM H2BFS H2BFWT 核心組織蛋白 H2B H2B1 HIST1H2BA HIST1H2BB HIST1H2BC HIST1H2BD HIST1H2BE HIST1H2BF HIST1H2BG HIST1H2BH HIST1H2BI HIST1H2BJ HIST1H2BK HIST1H2BL HIST1H2BM HIST1H2BN HIST1H2BO 核心組織蛋白 H2B H2B2 HIST2H2BE 核心組織蛋白 H3 H3A1 HIST1H3A HIST1H3B HIST1H3C HIST1H3D HIST1H3E HIST1H3F HIST1H3G HIST1H3H HIST1H3I HIST1H3J 核心組織蛋白 H3 H3A2 HIST2H3C 核心組織蛋白 H3 H3A3 HIST3H3 核心組織蛋白 H4 H41 HIST1H4A HIST1H4B HIST1H4C HIST1H4D HIST1H4E HIST1H4F HIST1H4G HIST1H4H HIST1H4I HIST1H4J HIST1H4K HIST1H4L 核心組織蛋白 H4 H44 HIST4H4 結構 核小體核心顆粒是由兩個 H2AH2B 二聚物及兩個 H3H4 二聚物結合而成，形成兩半接近對稱的蛋白質三級結構（2 階旋轉對稱，即 1 個高分子是另一個的映象）。H2AH2B 及 H3H4 二聚物本身亦呈現偽雙向對稱。 這四個核心組織蛋白（H2A、H2B、H3 及 H4）是在結構上相似及在進化中高度儲存的，所有均有著一個「螺旋纏繞螺旋纏繞螺旋」的形狀，可以容許簡單的二聚化。它們在胺基酸結構上都有著一條長的尾巴，讓轉錄後修飾的進行。 總括來說，組織蛋白與 DNA 有著五種的相互作用： H2B、H3 及 H4 的 α 螺旋兩極積聚正電，能與 DNA 的帶有負電荷的磷酸鹽分子團產生相互作用。 在 DNA 骨幹與胺基之間的氫鍵對組織蛋白的主鏈。 組織蛋白與 DNA 的脫氧核糖的非極性相互作用。 鹼性胺基酸（如離氨酸及精氨酸）旁鏈與 DNA 磷酸氧旁鏈之間的鹽連及氫鍵。 H3 及 H2B 的 N 端尾巴的非特定副槽面插入至 DNA 分子的兩個副槽面。 組織蛋白最重要的基本性質，除了是協助與 DNA 的相互作用外，就是它的水溶性。 組織蛋白的轉譯後修飾會先在它的 N 端尾巴開始，再而在其球狀結構域進行。這種修飾包括有甲基化、瓜氨酸化、乙醯化、磷酸化、、泛素化及二磷酸腺苷核糖基化。這些影響著組織蛋白在基因調控的功能。 一般來說，活性的基因較少與組織蛋白聯絡，但非活性的基因會在間期中與組織蛋白聯合。組織蛋白的結構在進化上儲存，這是因為任何有害的突變會造成嚴重的不適應性。 歷史 於 1884 年，艾布瑞契科塞爾首先發現組織蛋白。直至 1990 年代早期，組織蛋白才被更多認識，並非純粹細胞核的惰性填充料，這部分基於馬克普塔什尼 Mark Ptashne 等人的模型，他們認為轉錄是被蛋白質 DNA 和蛋白質 蛋白質相互作用在很大程度上被啟用裸 DNA 模板，就像細菌一樣。及後它的調控功能才被發現。 在 1980 年代，Yahli Lorch 和羅傑科恩伯格 Roger Kornberg 表明，核心啟動子上的核小體體外阻止了轉錄的啟動，邁克爾格倫斯坦 Michael Grunstein 證明組蛋白在體內抑制轉錄，導致核小體為 一般基因阻遏物。 功能 填充蛋白質 組織蛋白作為 DNA 纏繞的線軸。這使得能夠在細胞核內將真核細胞的大型的基因組所必需的壓實物：壓實的分子比未壓實的分子短 40000 倍。 染色質調控 組織蛋白進行翻譯後修飾，以更改它與 DNA 及其他核蛋白的相互作用。組織蛋白 H3 及 H4 有著核小體伸出的長尾巴，能夠在不同的地方進行共價修飾。這種修飾包括有甲基化、瓜氨化、乙醯基化、磷酸化、小泛素相關修飾化、泛素化及二磷酸腺苷核糖基化。組織蛋白核心（即 H2A 及 H3）亦可以作出修飾。修飾的組合可以組成編碼，成為組織蛋白編碼。組織蛋白修飾在不同的生物過程起著作用，包括基因表觀調控、DNA 修復、有絲分裂及減數分裂 。 組織蛋白修飾的命名是： 先以組織蛋白名稱開始，如 H3； 單一字母的氨基酸簡稱，如 K 代表賴氨酸，及在蛋白質的位置；及 修飾的種類，Me 即甲基化、P 即磷酸化、Ac 即乙醯化及 Ub 即泛素化。 舉例來說，H3K4Me 就代表組織蛋白 H3 從 N 端開始起計第 4 個賴氨酸的甲基化。 參考文獻 參見 染色質 基因沉默 遺傳學 組蛋白脫乙醯酶 核小體 外部連結 HistoneDB 20 組織蛋白和變體資料庫 在美國國家生物技術資訊中心（NCBI） Chromatin Histones Cathepsin PMAP The Proteolysis Mapanimation Category 蛋白質 Category 遺傳學 Category 表觀遺傳學