DNA和組蛋白的甲基化或者乙醯基化等修飾信號改變轉錄活性，那麼如果同時存在多種修飾，對轉錄有何影響？

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比如H3K4me是激活轉錄，H3K9me是抑制轉錄，那麼如果某個基因同時有H3K4me和H3K9me，那麼這時候的狀態是激活還是抑制？編輯：假設此時其他條件一致，唯一的區別是甲基化修飾的不同

簡單來說。H3K4的甲基化被認為和轉錄起始高度相關，相關研究也很多，而H3K9甲基化相對來說相關性沒有那麼強，見下圖，ENCODE12年文章中的一篇[1]，Classification是在分類基因是否表達，也就是轉錄起始。

然而，這個結果僅僅是在幾個細胞系的數據，使用高度簡化的模型這些前提下導出的。只能算是真空中的球形奶牛。實際中，『一個修飾一定比另外一個影響更大』這樣的單一變數決定情況是很少的。大部分都是多個因素影響下的動態平衡, 見@YCC的那張圖。

個人的觀點是，各種表觀遺傳學的修飾，有時候會直接影響到基因的表達，但是更多時候這些修飾提供了合適的染色質結構和環境，維持chromatin accessibility，幫助轉錄因子結合到DNA序列上。所以不是最直接的調控元件。有文章認為這些修飾實際上是調控和chromatin remodeling的結果而不是原因 [6]。

但是研究這些修飾和基因表達的相關性依然是一個有趣的問題。而且已經有很多相關的文章。你舉得例子太簡化了，並沒有太多研究的價值，但是我覺得你應該感興趣的是它們的相關性。這裡有幾篇文章[1-5]。

另外不僅組蛋白與基因表達之間有關係，不同組蛋白修飾之間也有crosstalk和激活/抑制關係[7-9]。圖摘錄自[7]

Reference:

[1] Modeling gene expression using chromatin
features in various cellular contexts

[2] Histone modification profiles are predictive for tissue/cell-type specific expression of both protein-coding and microRNA genes

[3] Computational inference of mRNA stability from
histone modification and transcriptome profiles

[4] Chromatin measurements reveal contributions of
synthesis and decay to steady-state mRNA levels

[5] Histone modification levels are predictive
for gene expression

[6] Histone modification: cause or cog?

[7] The key to development: interpreting the histone code?

[8] The Language of Histone Crosstalk

[9] Inferring causal relationships among different histone
modifications and gene expression

所以做qPCR呀。你提到的表觀遺傳只是影響轉錄起始的一個因素，用來做預測是遠不夠的，比如，你並不清楚影響該基因表達的轉錄因子(啟動子區有幾十種TF位點很常見)，在特定組織與時間表達、修飾激活與否。表觀遺傳只是影響TF效率的一個因素。

在僅有表觀數據的前提下，你可以設計統計檢驗來尋找組蛋白修飾的peak區是否有某些TF位點富集(論證這個修飾是否有TF特異性)，然後比較目的基因的啟動子是否包含這些特異TF，來輔助判斷。這個檢驗必需用非參。

按照已知研究的說法，它在一種「poised"狀態：既不是active，也不是完全的inactive，而是處在一種「靜觀時局以待變」的狀態。

Reference：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21116306

表觀遺傳的轉錄調控有三個機制：DNA甲基化，組蛋白修飾和chromatin remodeling。從基因表達的調控來看，受到增強子，啟動子，gene body等多個區域影響。增強子的表觀遺傳修飾控制增強子的活性，啟動子的表觀修飾控制轉錄起始，gene body的表觀修飾影響轉錄延伸，transcriptional elongation.

對你的問題先做一重簡化，忽略DNA甲基化和chromatin structure, 只考慮組蛋白修飾。主要的組蛋白修飾有H3K4me1, H3K4me3, H3K9me1/2, H3K27me, H3ac, 基於基因的表達狀態從完全沉默到最高表達中間可能有成百上千的差距，組蛋白的修飾也會從完全的repressive mark到完全的active mark之間有一個動態分布，調控單個的histone mark, 會對基因表達產生微調效應但是不會產生巨變。同理，基因表達的微調，對histone mark的影響很小。但是如果基因表達產生巨變，絕大多數情況下也能檢測到histone mark產生相應的巨變。

多種表觀修飾的共同存在實際上是生物體控制基因表達的一種多重微調系統，表觀遺傳修飾之間可以相互拮抗，也可以相互協作以達到控制基因的精確轉錄。

請問組蛋白同一位點可以同時發生甲基化和乙醯化的修飾嗎？如H3K27me和H3K27ace在同一組蛋白上一起發生？

其實如果一個組蛋白的作用能明確到每一個基因，表觀遺傳學就沒有這麼複雜了。實際上題主圖片里的表格是實驗歸納總結出的結果，因為發現在某些基因中有激活/抑制作用然後總結出來的不同組蛋白修飾的作用。組蛋白作用的其他基因有什麼變化，現在的理論我認為還是不能完全解釋清楚的。

所以說現在有錢的實驗室各種花巨資做各種組蛋白的whole genome CHIP-sequencing，直接用實驗的方法去看到底發生了什麼變化。

更何況題主都沒說這是什麼cell line或者tissue。生物畢竟是實驗學科，碰到這種問題，光靠想是沒用的，做實驗（CHIP-qPCR）去驗證一下才是解決辦法。

一家之談，求大神勘誤。

以上。