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染色质
如果DNA链在一个人类细胞伸出,将测量数米长。因此,这个链必须线圈和扭结多次为了适应细胞核一个,它的直径只有人类头发的十分之一。为了实现这一高度浓缩的形式,周围的DNA风本身蛋白质组蛋白,从而形成一个复杂的称为染色质。
有趣的是,染色质不仅作为一种浓缩DNA在细胞的细胞核内,而且还作为一种控制如何使用DNA。特别是,在真核生物中,具体基因不表示,除非他们可以访问RNA聚合酶和蛋白质被称为转录因素。在默认状态下,紧卷,描述染色质结构限制了这些物质的访问真核生物的DNA。因此,细胞的染色质必须为了“开放”基因表达式。这个“开放”的过程被称为染色质重塑,这是至关重要的所有真核细胞的正常运转。近年来,研究人员发现大量有关染色质重塑,包括不同的角色蛋白质复合物,组蛋白在这一过程中变异,和生化的修改。然而,大量有待学习之前染色质重塑是完全理解。
染色质重塑
不同的分子称为染色质remodelers提供修改染色质的机制,允许转录信号到达目的地的DNA链。理解这些细胞的性质和过程的建筑工人仍然是一个活跃的区域发现的遗传研究。
目前,调查人员知道染色质remodelers很大,multiprotein复合体使用的能量三磷酸腺苷水解动员和重组核小体。回想一下,核小体包装146个碱基对的DNA在大约1.7转身histone-octamer磁盘,和每个核小体中的DNA通常难以接近的DNA结合蛋白的因素。Remodelers因此必要提供访问底层的DNA来启用转录染色质组装,DNA修复和其他流程。多么remodelers ATP水解的能量转化为机械力调动核小体,不同的改造复合物如何选择核小体移动和重组,然而,仍然未知。
Remodelers划分为若干个五个家庭,每个都有专门的生物作用。尽管如此,所有remodelers包含一个守恒的atp酶的亚基域。除了守恒的腺苷三磷酸酶,每个专业改造复杂也具有独特的蛋白质,它以其独特的生物学作用。然而,因为所有remodelers核小体和所有这些运动是ATP依赖,动员最有可能是守恒的ATP酶亚基的一个属性。
atp酶域remodelers相似的序列和结构在病毒和已知DNA-translocating蛋白质细菌。最近的证据从瑞士/ SNF和ISWI改造家庭还透露,改造atp酶的定向DNA移位酶能够定向抽水的DNA。但这个属性应用于核小体是如何?似乎atp酶结合大约40个碱基对在核小体的位置它泵DNA histone-octamer表面。这使得沿着DNA核小体的运动,因此允许DNA监管因素的暴露。
额外的域和蛋白质附着在atp酶对核小体很重要选择,他们也帮助调节atp酶活性。这些服务员蛋白质绑定到组蛋白和nucleosomal DNA,和绑定到这些分子影响组蛋白修饰状态。修改状态有助于确定改造复杂的核小体是一个适当的衬底(萨哈等,2006),在本文稍后讨论。
核小体、组蛋白和基因的转录
染色质结构高度复杂和令人印象深刻的是动态的。科学家们现在意识到核小体,一度被认为是静态的,实际上在指导中扮演不可或缺的角色转录规范的一些元素(图1)。
图1:核小体的动态属性
(A)改造SWR1家族的复合物可以删除规范化H2A-H2B二聚体,并将其替换为Htz1-H2B二聚体(用绿色表示),形成核小体具有独特的尾巴一个变体可能结合独特的调控蛋白(注册)。(B)核小体修改(只有乙酰化作用(Ac)被描述为简单起见)允许监管因素的结合,具有专业领域(bromodomains)承认乙酰化组蛋白尾巴。(C)核小体定位的绑定允许调节因子在其网站nucleosomal DNA(淡蓝色部分)。Remodellers是必要提供快速访问nucleosomal DNA的滑动沿着DNA八聚物。或者,该网站可能访问表面通过DNA波的生成或histone-octamer弹射(没有显示)。
©2006自然出版集团萨哈,。等。染色质重塑:工业革命的DNA在组蛋白。自然Reveiws分子细胞生物学
7437 - 447 (2006)doi: 10.1038 / nrm1945。保留所有权利。
核小体核心粒子由八组蛋白蛋白质(两个每个H2A、H2B H3和H4)和双链DNA的146个碱基对。核小体的构成不是一成不变的,然而。事实上,规范组蛋白本身就可以被组蛋白变体或修改特定的酶,从而使周围的DNA转录机制或多或少可以访问。
到目前为止,已发现组蛋白变体和局部染色质的特定区域。例如,H2A。Z是一个变种H2A和相对不活跃的基因启动子附近往往是丰富。有趣的是,H2A。Z不期间取而代之复制当建立染色质结构。相反,染色质重塑复合物SWR1催化ATP-dependent交换的H2A H2A的核小体。Z(吴et al。,2005)。
CENP-A是另一个已知的组蛋白变体被发现与着丝粒。通过免疫荧光研究最初本地化的着丝粒,CENP-A被认为是参与活动在着丝粒细胞分裂。但是,一旦CENP-A蛋白质分离和测序,这是证明有序列同源性H3,表明CENP-A实际上代替规范化H3在着丝粒附近。一些实验表明,这些组蛋白变体发生在特定的区域基因组可能协助染色质的具体监管行为和基因转录从这些领域(李吗et al。,2005)。
组蛋白修饰的组蛋白的代码
组蛋白序列高度保守。图2中的图表显示了一个典型的染色质纤维,蓝色代表组蛋白气缸。从每个组蛋白是一种被称为“尾巴”氨基端尾巴因为蛋白质有两个目的,一个N末端和C终点站。在这里,C末端形成一个球状域打包成核小体。另一端的组蛋白更灵活,能够更直接的互动与DNA和细胞核内的不同的蛋白质。
图2:N末端。
(一)一般染色质的组织。像其他组蛋白“尾巴”,N末端的H3(红色)代表一个高度保守的域可能会暴露或向外扩展的染色质纤维。众所周知,许多不同的转录后修饰发生在N末端f H3包括乙酰化作用(绿旗)磷酸化(灰色圆),甲基化(黄色六角)。其他的修改是已知的,也可能出现在球状域。(B)人类H3所示单字母的N末端氨基酸的代码。相比之下,人类CENP-A N末端,centromere-specific H3变体,和人类H4, H3 nucleosomal伙伴,所示。注意定期间隔acetylatable赖氨酸(红色),和潜在的磷酸化(蓝色)和甲基化(紫色)网站。星号表示H3的赖氨酸残基是针对乙酰化和甲基化;赖氨酸9 CENP-A(粗体)也可能是化学改性(见文本)。上面描述的染色质结构和H3示意图; no attempt has been made to accurately portray these structures.
©2014自然出版集团Strahl b d & alli, c, d .共价组蛋白修饰的语言。自然403年,42 (2000)。保留所有权利。
具体来说,组蛋白修饰包括各种官能团的共价键的自由氮r基团氨基端赖氨酸的尾巴。早期研究不同水平有关乙酰化作用和甲基化在组蛋白改变利率的DNA转录(特纳,2005)。虽然最常见的添加赖氨酸残基的乙酰化和甲基化,更多类型的修改也被观察到,包括磷酸化,一个共同的转译后的修改。不同类型的修改,已被称为“组蛋白密码”,提出了在各种不同的酶,其中许多尚未完全特征。因此,重塑机械的故事继续被告知通过各种实验,和许多还有待揭示。
核小体定位和重组
因为真核生物DNA紧密缠绕在核小体和正电荷的组蛋白紧密结合DNA的负电荷,核小体主要是作为转录因子的物理障碍,需要绑定到特定区域的DNA。然而,特定的赖氨酸乙酰化作用可以消除正电荷氨基乙酰化,因此,核小体DNA“失去控制”。这一修改导致线圈的放松。
其他装修酶复合物实际滑动沿着DNA清除它们的核小体启动子区域(斯•等,2004)。在这种情况下,重构从ATP酶使用能量调节核小体运动。例如,转录前酵母染色质重塑机器的主要类型之一,被称为瑞士/ SNF和传奇组蛋白乙酰基转移酶复杂,招募到酵母HO SWI5基因启动子激活剂。Activator-dependent染色质修饰的核小体的方式移动,然后核糖核酸聚合酶II可以达到启动子区域的DNA (Struhl, 1999)。
染色质重塑活动由瑞士/ SNF或其他重构所需的机器也可以招募额外的染色质重塑活动网站,以及更多下游网站。修改在一个启动子可以发生在多个步骤独立监管,和额外的修改会出现逐步从第一次修改,沿着DNA链对启动子下游方向。这些修改开放活跃的地区的染色质和允许范围广泛的中间,真核生物启动子的转录不活跃的状态。启动子与RNA聚合酶绑定也可以准备,但不延伸信使核糖核酸;在酵母中,多达15%的网站都有这种停滞的转录。的变化基因表达在特定的发展阶段生物或细胞与水平的波动的每一个特定的蛋白质复合物参与染色质重塑(Struhl, 1999)。
染色质重构的信号功能
染色质组蛋白修饰可以打开,从而允许选择性结合的转录因子,反过来,招募RNA聚合酶II(特纳,2005)。不同层次和类型的组蛋白修饰已被证明与染色质的激活水平。例如,一组研究人员利用基于抗体的免疫沉淀反应的研究来确定,乙酰化组蛋白H3和甲基化赖氨酸残留物K4似乎互相配合。他们也同时在鸡胚转录激活期间,在甲基化赖氨酸残留物K9活性染色质。
DNA甲基化
另一个是转录控制是通过DNA链的甲基化本身。不与组蛋白甲基化混淆,DNA链涉及的甲基化胞嘧啶基地的真核生物DNA被转换为5-methylcytosine,导致转录的压制,尤其是在脊椎动物和植物。改变胞嘧啶残留通常立即毗邻鸟嘌呤核苷酸,导致两个甲基化胞嘧啶残基组对角彼此对立的DNA链(图3)。
图3:DNA甲基化和基因沉默
在早期胚胎发生,DNA在很大程度上是缺乏甲基化(左上角)。植入后,开始从头甲基化(红圈),主要由DNA (cytosine-5)介导-methyltransferase-3alpha (DNMT3A)和β3种能阻碍DNMT3B()(上)。当甲基化影响CpG岛methyl-binding蛋白质引发沉默级联(活动说明了绿色星星),组蛋白H3K9顺序是deaceylated甲基化,使异染色质蛋白1 (HP1)来绑定;最终导致关闭染色质(右下角)。DNA复制后,新合成的DNA(绿色)是unmethylated。然而,DNMT1快速扫描DNA和存款甲基新合成的DNA,相反甲基出现在旧的DNA链。这导致忠实复制的甲基化模式(左下)和沉默的维护。成人的甲基化模式是由表观遗传重编程擦除在早期胚胎发生(左上角)。
©2004自然出版集团伊萨,j . CpG岛methylator表型在癌症。自然评估癌症
4,989 (2004)。保留所有权利。
大量甲基化区域的DNA浓度升高的这些所谓的CpG集团往往转录起始点的附近发现。在一个有趣的协调过程中,蛋白质结合DNA甲基化还与蛋白质形成复合物参与组蛋白脱乙酰作用。因此,DNA甲基化状态时,附近的组蛋白脱去乙酰基,导致紧凑,暂时的沉默染色质。同样,脱甲基组蛋白DNA不画脱去乙酰基酶,但它经常吸引了组蛋白乙酰转移酶,使组蛋白乙酰化和促进转录。
总结
存储的真核生物DNA小,紧凑的核要求紧紧盘绕这个DNA和染色质的形式压实。然而,染色质的结构似乎也为第二,可能更重要的角色,它使真核细胞的能力发挥复杂的控制基因表达水平。
正如本文所述,染色质和它所包含的DNA序列不断进行修改,从而定期揭露不同区域的DNA转录因子和RNA聚合酶。这些变化的累积效应是各种状态的转录控制和真核细胞的能力,根据需要打开和关闭基因。这种复杂性为真核生物提供了一种充分利用相对较少的基因。然而,许多研究仍有待调查之前执行精确理解染色质重塑的许多机制是如何运作的,以及它们如何一起工作导致的复杂的基因表达模式特征真核细胞。
引用和推荐阅读
•,M。et al。监管核小体流动性和组蛋白的代码。自然结构和分子生物学111037 - 1043 (2004)(文章链接)
伊萨,j.p. CpG岛methylator表型在癌症。自然评论癌症4988 - 993 (2004)(文章链接)
Jenuwein T, alli CD。翻译组的代码。科学293年1074 - 1080 (2001)
拉尔,s .引物在染色质上。自然结构和分子生物学141110 - 1115 (2007)(文章链接)
李,B。,等。优惠入住率的组蛋白变体H2AZ在当地活动发起人影响组蛋白修饰和染色质重塑。美国国家科学院院刊》上102年18385 - 18390 (2005)
皮尔斯,B。遗传学:概念的方法,第二版。(纽约,弗里曼,2004)
Sadava、D。等。生活:生物学的科学8日。(纽约,弗里曼,2006)
萨哈、。等。染色质重塑:工业革命的DNA在组蛋白。自然评论分子细胞生物学7437 - 447 (2006)(文章链接)
Strahl B。& a, d . c .共价组蛋白修饰的语言。自然403年41 - 45,(2000)doi: 10.1038/47412 (文章链接)
Struhl, k .从根本上不同的逻辑的基因调控在真核生物和原核生物。细胞98年1 - 4 (1999)
特纳,b .阅读信号在核小体组蛋白的新术语修改。自然结构和分子生物学12110 - 112 (2005)(文章链接)
吴,w·H。等。艾尔。SWC2是一个广泛的守恒H2AZ-binding模块必不可少的ATP-dependent组蛋白交换。自然结构和分子生物学121064 - 1071 (2005)doi: 10.1038 / nsmb1023 (文章链接)
张,Y。、& Reinberg d .转录调节组蛋白甲基化:相互作用不同的核心组蛋白的共价修饰的尾巴。基因和发展152343 - 60 (2001)
