H3组蛋白，家庭3A

组蛋白是负责真核生物染色体纤维内核小体结构的基本核蛋白。已经报道了五类组蛋白基因。有些类仅在S阶段表示，而另一些则与复制无关。后者称为替代组蛋白，在静止或终末分化的细胞中表达。H3.3是由两个不同的复制非依赖性基因H3.3A（H3F3A）和H3.3B（H3F3B; 601058）编码的替代组蛋白。H3.3A和H3.3B基因编码的蛋白质是相同的（Wells等人（1987）和Albig等人（1995）的总结）。

细胞遗传学位置：1q42.12
基因座标（GRCh38）：1：226,061,830-226,072,018

有关组蛋白，组蛋白基因簇和H3组蛋白家族的其他背景信息，请参见HIST1H3A（602810）。

▼ 克隆和表达
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Wells和Kedes（1985）使用H3.3假基因cDNA探测人成纤维细胞cDNA文库，克隆了H3.3。转录本包含一个长的3个引物poly（A）尾巴，推导的蛋白质包含135个氨基酸。与H3.1（请参阅602812）相比，H3.3蛋白具有5个氨基酸变化，但它们的核苷酸序列差异更大。Northern印迹分析在HeLa细胞poly（A）RNA中检测到约1.2 kb的转录本。

Chalmers and Wells（1990）表明，兔H3.3a 3-引物非翻译区与Wells and Kedes（1985）的人类序列相似，为94％，这表明进化保守性超出了编码区。

Witt等（1997）指出，尽管H3.3A和H3.3B蛋白是相同的，但它们的核苷酸编码序列和侧翼部分不同。他们报告说，H3.3a在小鼠睾丸中基本表达，而H3.3b以阶段特异性方式表达。

使用RNA印迹分析，Frank等（2003）测定了在人类组织和细胞系中替代组蛋白H3.3A和H3.3B的表达以及细胞周期依赖性组蛋白H3 / m的表达（HIST2H3C; 142780）。所有6个细胞系均以高水平表达H3.3A，H3.3B和H3 / m。相反，胎儿肝脏主要表达H3 / m，这可能是由于其细胞的快速生长，而成年肝脏，肾脏和心脏主要表达H3A和H3.3B。在1.0kb处检测到H3.3A转录物。

▼ 基因结构
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Wells和Kedes（1985）确定H3F3A基因的5个引物UTR富含GC（75％）。

韦尔斯等（1987）确定H3F3A基因包含4个外显子，跨度为8.8 kb。第一个外显子是非编码的。5-prime端包含非规范的 TATA和CCAAT框以及一个绑定 SP1（189906）的GC框。3-prime末端包含2个潜在的聚腺苷酸化信号，并且高度保守，与鸡直向同源物具有85％的同一性。

▼ 测绘
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通过对体细胞杂种组合的分析，并通过将其包含在该区域的YAC中，Lin and Wells（1997）将H3F3A基因定位到1q41染色体上。

▼ 基因功能
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有关H3组蛋白家族的功能信息，请参见HIST1H3A（602810）。

H3.3组蛋白

哈克等（2006）指出，大多数有关H3组蛋白表达或翻译后修饰的研究没有区分H3.1（见602810），H3.2（HIST2H3C; 142780）和H3.3蛋白，部分原因是它们的高度氨基酸同一性。通过对5种人类细胞系进行定量PCR，他们发现所检查的9个H3.1基因，1个H3.2基因和2个H3.3基因以细胞系特异性方式表达。在人类细胞系的S期中，所有3种类型的H3基因均高表达，而H3.3基因在S期外也高表达，这与它们作为复制非依赖性基因的状态一致。Hake等人使用同位素标记和定量串联质谱相结合的方法（2006年）结果表明，H3.1，H3.2和H3.3蛋白的翻译后修饰不同。H3.1富含与基因激活和基因沉默相关的标记，H3.2富含与基因沉默和兼性异染色质形成相关的抑制性标记，H3.3富含与转录激活相关的标记。哈克等（2006年）得出结论，H3.1，H3.2和H3.3可能具有独特的功能，不应将其视为等效的蛋白质。

Jin等（2009年）表征了HeLa细胞中含H3.3和/或H2A.Z（H2AFZ；142763）的核小体核心颗粒的全基因组分布。他们发现同时含有H3.3和H2A.Z的高度不稳定的颗粒在活性启动子，增强子和绝缘子区域富集。含有H3.3但不含H2A.Z的核小体也相对不稳定，并且沿着基因的转录区域和转录终止位点被检测到。Jin等（2009年）建议同时包含H3.3和H2A.Z的不稳定颗粒可以作为占位符，很容易被转录因子取代。他们提出，沿着基因转录部分仅含有H3.3的不稳定颗粒可以适应RNA聚合酶的传递。

徐等（2010）报道大量的组蛋白H3.3-H4（见602822）四聚体在体内分裂，而大多数H3.1（见602810）-H4四聚体在有丝分裂分裂期间保持完整。抑制DNA复制依赖性沉积大大降低了分裂事件的水平，这表明（i）非复制依赖性H3.3沉积途径主要是通过协同结合2个新的H3.3-H4二聚体而进行的，以及（ii）大多数在依赖复制的沉积过程中发生分裂事件。徐等（2010年）得出的结论是，无需复制H3-H4分裂事件，就可以通过复制相邻先前存在的组蛋白的修饰来维持大异色区域内的“沉默”组蛋白修饰。

Talbert和Henikoff（2010）回顾了规范核小体的组装，认为该组装始于2个H3分子和2个H4分子的四聚体，它们通过H3分子之间的强键结合在一起。H3.1是在DNA复制和修复过程中由组蛋白伴侣CAF1（参见601246）复合物组装成染色质的主要经典H3 。替代组蛋白H3.3由组蛋白调节剂A（HIRA; 600237）复合物组装而成，与DNA合成无关。

Elsasser等（2015年）表明，替代组蛋白变体H3.3富含I类和II类内源性逆转录病毒元件（ERV），特别是早期转座子/ MusD家族和脑池内A型颗粒。这些元素的子集上的沉积取决于包含ATRX（300032）和DAXX（603186）的H3.3伴侣复合物。Elsasser等（2015年）证明了DAXX，H3.3和KAP1（TRIM28; 601742）向ERV的募集是相互依赖的，并且发生在ESET（SETDB1; 604396）的上游），将H3.3链接到与ERV相关的H3K9me3。重要的是，H3缺失后，ERV处的H3K9me3会减少，从而导致相邻内源基因的抑制和失调，以及脑池内A型颗粒的逆转座子增加。Elsasser等（2015年）得出结论，他们的研究确定了以H3.3和H3K9me3的存在为标志的独特异染色质状态，并确立了H3.3在控制胚胎干细胞中ERV逆转座中的重要作用。

▼ 生化特征
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晶体结构

Elsasser等（2012）报告了具有组蛋白H3.3-H4（见602822）二聚体的DAXX（603186）组蛋白结合域的晶体结构，包括DAXX和H3.3内的突变体，以及体外和体内功能研究，阐明了H3.3识别特异性的基本原理。DAXX占据了组蛋白表面可及区域的40％，包裹在H3.3-H4二聚体周围，形成复杂的结构，并伴随着H3.3-H4组蛋白折叠的结构转变。DAXX使用扩展的α螺旋构象与主要的组蛋白，DNA和ASF1相互作用位点竞争。Elsasser等（2012年）结论是，他们的结构研究确定了识别H3.3特异性残基的识别元件，功能研究解决了H3.3中的gly90和DAXX中的glu225对伴侣介导的H3.3变体识别特异性的贡献。

▼ 分子遗传学
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Schwartzentruber等（2012）对48个小儿胶质母细胞瘤（137800）样本的外显子组进行了测序。H3.3-ATRX（300032）-DAXX（603186）中的体细胞突变）在44％的肿瘤中发现了染色质重塑途径（48个中的21个）。在31％的肿瘤中观察到H3F3A的反复突变，该突变编码不依赖复制的组蛋白3变体H3.3，并导致参与组蛋白尾巴中两个关键位置的氨基酸置换（K27M，G34R / G34V）关键的法规翻译后修饰。在总的31％的样品中和100％的具有G34R或G34V H3.3突变的肿瘤中鉴定出ATRX和DAXX的突变，该突变编码在重心周围的异染色质和端粒中结合H3.3所需的染色质重塑复合体的2个亚基。。体细胞TP53（191170）突变在所有病例中占54％，在具有H3F3A和/或ATRX突变的样本中占86％。筛查大量不同等级和组织学的神经胶质瘤队列（n = 784）显示，H3F3A突变特异于多形性胶质母细胞瘤，在儿童和年轻人中非常普遍。此外，H3F3A / ATRX-DAXX / TP53突变的存在与端粒的选择性延长和特定基因表达谱密切相关。Schwartzentruber等（2012年）指出，这是第一份突出人类调节性组蛋白中反复出现突变的报告，他们的数据表明，染色质结构的缺陷是小儿和成年成年胶质母细胞瘤多形发病机制的基础。

Wu等（2012）报道在H3F3A或HIST1H3B（602819）中发生的K27M突变在78％的弥漫性桥脑神经胶质瘤（DIPG）和22％的非脑干神经胶质瘤中被观察到。

Lewis等（2013年）报道，在组蛋白H3.3（H3F3A）或H3.1（HIST1H3B）中含有K27M突变的人DIPG，其三甲基赖氨酸27（H3K27me3）的H3总量显着降低，而组蛋白H3K27M转基因足以减少体内和体外H3K27me3的量。Lewis等（2013）发现H3K27M通过与EZH2（601573）亚基的相互作用抑制了Polycomb Repressed Complex-2（PRC2）的酶活性。此外，在其他已知的甲基化赖氨酸（H3K9和H3K36）上包含赖氨酸至蛋氨酸取代的转基因足以通过抑制SET域酶引起甲基化的特异性降低。Lewis等（2013年）有人提出，从K到M的替换可能代表了在各种病理学中改变表观遗传状态的机制。

Behjati等（2013）报道了针对不同组蛋白H3.3驱动改变的精妙的肿瘤类型特异性。Behjati等在77例软骨母细胞瘤中有 73例（95％）（2013）发现K36M变异主要由H3F3B（601058）编码，这是组蛋白H3.3的2个基因之一。相比之下，Behjati等人在92％的骨巨细胞瘤中（49个中的49个）（2013年）在H3F3A中仅发现了组蛋白H3.3改变，从而导致G34W或在1种情况下导致了G34L改变。突变仅限于基质细胞群，在破骨细胞或其前体中未检测到。在先前报道的在儿童脑肿瘤中编码K27M和G34R或G34V改变的H3F3A突变的背景下，出现了针对组蛋白H3.3驱动程序改变的肿瘤类型特异性图片，表明组蛋白H3.3残基，突变和基因具有不同的功能。

弥漫性内在儿科神经胶质瘤（DIPG）是罕见的高度侵袭性脑干肿瘤。超过70％的DIPG具有H3F3A基因的体细胞突变，导致lys27-to-met（K27M）取代。突变阳性的肿瘤预后不良，生存期缩短。Funato等（2014）中使用的人胚胎干细胞系统此肿瘤模型中，并表现出与p53（的损失H3.3K27M表达协同作用191170）和活化的PDGFRA（173490）来源于人类胚胎干细胞的神经祖细胞，导致肿瘤转化。基因组范围内的分析表明，已转化的前体重置为发育上更为原始的干蜂窝状态，并证明了几个主调控基因上组蛋白标记的重大修饰。药物筛选试验确定了靶向蛋白menin（613733）的化合物在体外和小鼠中均是肿瘤细胞生长的抑制剂。

▼ 动物模型
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Jang等（2015年）报道了小鼠中H3f3a或H3f3b的缺失对表型或生育力没有明显的有害影响。然而，两个基因（H3.3 DKO）的敲除导致发育迟缓和胚胎致死率。H3.3 DKO胚胎显示出细胞增殖减少和细胞死亡增加。H3.3 DKO小鼠的胚胎干细胞有丝分裂缺陷。可以通过缺失p53来挽救生长迟缓。RNA测序分析表明，p53-/-H3.3 DKO胚胎的转录组仅有有限的变化。缺乏p53的H3.3 DKO小鼠胚胎成纤维细胞增殖，但显示出与端粒，着丝粒和着丝粒区域的染色体异色结构缺陷相关的有丝分裂异常，以及基因组不稳定。H3.3 DKO小鼠的核型异常和DNA损伤导致p53途径活化。Jang等（2015年）得出结论，H3.3支持染色体异色结构，从而在哺乳动物发育过程中保持基因组完整性。