ATP依赖型染色质重塑复合物在DNA双链断裂修复中的作用

DNA双链断裂修复缺陷易导致细胞基因组稳定性失衡、细胞发生癌变或死亡。真核生物主要通过同源重组和非同源末端连接两条途径来修复双链断裂。近年来发现多种ATP依赖型的染色质重塑蛋白复合物,包括RSC、INO80、Fun30、SWI/SNF和SWR1,直接参与了DNA双链断裂修复过程。它们主要通过调控DNA损伤检查点激活、断裂末端剪切及组蛋白H2AZ-H2B/H2A-H2B置换等重要步骤发挥功能。现以酿酒酵母中的研究为重点,综述主要ATP依赖型染色质重塑复合物在DNA双链断裂修复中的功能及作用机制。     

CHD4在染色体重塑中的作用

染色质作为真核细胞遗传信息,体内外各种因素的作用致使不断的产生损伤,但是细胞仍能保持正常的生长、分裂和繁殖,这与基因组稳定性和完整性保持,并且通过自身的损伤修复有着密切的联系。ATP依赖的染色质重塑是染色质重塑的最重要的方式之一,主要是利用ATP水解释放的能量,将凝聚的异染色质打开,协调损伤修复蛋白与DNA损伤位点的作用,通过对组蛋白的共价键修饰或ATP依赖的染色质重塑复合物开启了DNA的损伤修复的大门。CHD4/Mi-2β的类SWI2/SNF2 ATP酶/解螺旋酶域结构域保守性最强,这一结构域存在与多种依赖于ATP的核小体重构复合物。Mi-2蛋白复合物称为核小体重塑及去乙酰化酶NuRd(nucleoside remodeling and deacetylase,NuRD),是个多亚基蛋白复合物,Mi2β/CHD4是该复合物的核心成员。近来的研究发现,CHD4具有染色质重塑功能,并且参与DNA损伤修复的调控。CHD4羧基端的PHD通过乙酰化或甲基化识别组蛋白H3氨基端Lys9(H3K9ac和H3K9me),并且通过Lys4甲基化(H3K4me)或Ala1乙酰化(H3A Lac)抑制与H3、H4的结合,为染色质重塑提供了保障。Mi-2β/CHD4参与DNA损伤反应,定位于DNA损伤γ-H2AX的foci。沉默Mi-2β/CHD4基因,细胞自发性DNA损伤增多和辐射敏感性增强。表明CHD4在染色质重塑中具有重要的作用。     

Ataxin-7蛋白在基因调控中的作用及与SCA7疾病的关系

Ataxin-7 (Atx7)蛋白是真核细胞SAGA (Spt-Ada-Gcn5 acetyltransferase)复合物中的重要组成亚基,能将其去泛素化模块锚定到整个复合物上并起到骨架支撑作用,进而参与SAGA复合物对染色质组蛋白乙酰化和去泛素化修饰的调控。Atx7通过调控SAGA复合物与视锥视杆细胞同源盒基因蛋白(cone-rod homeobox, CRX)的结合,对依赖CRX的基因转录激活起到调节作用。然而,Atx7的N-端多聚谷氨酰胺(polyglutamine, PolyQ)序列的异常延伸,会使其在细胞内发生蛋白质积聚(aggregation),进而引起Ⅶ-型脊髓小脑共济失调症(spinocerebellar ataxia 7, SCA7)的发生。现综述Atx7在细胞内的正常生理功能及其PolyQ延伸引起的蛋白质积聚,探讨PolyQ延伸的Atx7对细胞功能的影响,以及最终引发神经退行性疾病的分子机制。     

酿酒酵母INO80染色质重塑复合物调控基因表达的研究进展

表观遗传调控是真核生物基因表达精细调控的重要组成部分,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑。其中,染色质重塑因子可影响组蛋白修饰酶和转录因子与特定位点的结合,在基因表达调控中占有重要地位。INO80复合物是进化上保守的染色质重塑复合物,能利用ATP水解获得的能量促进核小体的滑动和驱逐。INO80复合物除了在DNA复制、修复中发挥重要功能外,还通过改变DNA可及性调控酿酒酵母的基因表达。本文综述了染色质重塑复合物的分类及组成,重点介绍了酿酒酵母多亚基复合物INO80在基因表达调控中的重要功能,包括驱逐RNA聚合酶Ⅱ、响应信号转导途径和改变基因表达水平等,并着重总结了其在酿酒酵母环境胁迫响应机理中的研究进展。深入研究INO80染色质重塑复合物的功能,可为理解真核生物精细代谢调控的机制,并进一步开发基于染色质重塑等表观调控水平的微生物代谢工程和合成生物学改造策略,提高菌株的环境胁迫耐受性和发酵性能提供基础。     

真核基因转录与转录调节相关复合物

真核细胞核中转录因子与染色质模板如何相互作用调节基因转录是基因表达调控研究的一个中心问题.近来的研究表明,参与基因转录的各种调节因子在核内形成多种复合物,如RNA聚合酶Ⅱ全酶、染色质重塑复合物、核小体以及增强小体等.这些复合物之间相互作用,调节染色质结构,在染色质模板上进一步组装成转录复合物,参与转录调节的各个环节,调节转录复合物活性.这些复合物的形成,整合了转录调节的各种信息,提高了转录调节效率,是真核基因有效、严格、有序表达的基础.另一方面,这些复合物的存在给基因表达调控的研究提出了新问题,发展新的研究思路和新的研究技术具有重要意义.     

染色质重塑调控生物温度适应性的研究进展

温度是限制物种适应性分布的重要环境因子,对极端环境温度的耐受性决定生物分布和扩散范围,而表观遗传可以提供快速的响应机制,促使生物快速适应极端环境温度。染色质重塑作为表观遗传的重要组成部分之一,其可以通过调控胁迫相关基因的表达从而促进生物适应不良环境条件。本文主要阐述了染色质重塑复合物的分类、组成和染色质重塑的方式,梳理了染色质重塑在生物温度适应性中的研究进展,提出染色质重塑在生物适应不良环境温度过程中发挥重要作用,并对未来染色质重塑与温度适应性研究提出建议。     

染色质重塑与肌肉分化

在真核生物中,基因组DNA是以染色质的状态存在和发挥作用的。目前的研究已经鉴定了多种可以调节染色质结构和功能的蛋白质和酶复合物,包括不依赖ATP的染色质修饰酶、依赖于ATP的染色质重塑复合物,以及募集DNA甲基化／去甲基化装置的核小体相关蛋白质复合物等。在骨骼肌分化过程中,MyoD家族和MEF2家族的转录因子起着重要作用。染色质修饰酶通过MyoD和MEF2介导的染色质重塑影响肌肉分化。     

组蛋白去甲基化酶UTX与胚胎发育及疾病关系

组蛋白3赖氨酸27(histone 3 lysine 27, H3K27)去甲基化酶UTX(ubiquitously transcribed tetratricopeptide repeat on chromosome X, UTX)为X染色体上重复的转录三十四肽,是组蛋白3赖氨酸4(histone 3 lysine 4, H3K4)甲基转移酶复合物MLL2(mixed-lineage leukemia 2, MLL2)中的一员,可调节同源基因HOX(homeobox, HOX)和视网膜母细胞瘤基因RB(retinoblastoma, RB)转录谱系. UTX与BRG1-SWI/SNF重塑复合物(Brg1-containing ATPase-dependent Swi/Snf chromatin-remodeling complex, BRG1-SWI/SNF)相互作用促进染色质重塑. 因其在细胞的正确再编程、胚胎发育和组织特异性分化中扮演重要角色,UTX失活或缺失会导致癌症、胚胎发育缺陷等疾病的发生. 本文将对近年来UTX在胚胎发育及与疾病关系方面的研究进展做一综述.     

人源HDAC1/2-RbAp46/48核心复合物三维空间构象的电子显微分析

HDAC1、HDAC2和RbAp46、RbAp48是许多重要功能复合物(如NuRD、Sin3等)的核心亚基.这4个亚基在空间上相互作用,形成一个具有去乙酰化酶活性的核心复合物.但该核心复合物的三维空间构象及其对去乙酰化、染色质重塑等功能的可能影响还所知甚少.本研究中,我们包装了含4个亚基的杆状病毒,利用昆虫细胞表达、纯化了HDAC1/2-RbAp46/48核心复合物.在此基础上,利用电子显微镜单颗粒分析方法对该去乙酰化酶核心复合物的三维结构进行了初步解析.结果表明,HDAC1、HDAC2、RbAp46和RbAp48可以形成一个较为稳定均一的复合物,但该复合物中各个亚基并不是以单拷贝、等比例形式存在的.该核心复合物呈现一个非对称的鞍型结构,其背部隆起,大致形成一个三角形,两边分别有一大一小的两翼,两翼中间有个凹槽,直径大约为6 nm,推测为该核心复合物与核小体的结合位置.本研究结果为了解HDAC1/2-RbAp46/48去乙酰化酶复合物各亚基的空间结构组成、与核小体和染色质的可能相互作用以及研究去乙酰化酶活性的作用机理等提供了有益的信息.     

高等植物中SWI/SNF染色质重塑研究的新进展

染色质重塑是真核生物表观遗传调控的重要方式．通过对染色质物理结构的调节,染色质重塑在高等动植物干细胞的自我更新及分化、器官和个体发育以及肿瘤发生等多种生物学过程中发挥重要作用．近年来,高等动植物染色质重塑方面的研究已经成为表观遗传学研究领域的热点．本综述总结近年来有关高等动植物染色质重塑的重要研究报道,介绍了染色质重塑的结构机制、分析比较了高等动植物染色质重塑复合体的组成及其生物学功能的多样性,并着重综述了高等植物SWI/SNF染色质重塑复合体各组分在调控植物发育与逆境生长等方面的功能,以期为今后植物中染色质重塑的研究提供启示．     

Dissection of coactivator requirement at RNR3 reveals unexpected contributions from TFIID and SAGA

The gene encoding ribonucleotide reductase 3 (RNR3) is strongly induced in response to DNA damage. Its expression is strictly dependent upon the TAF(II) subunits of TFIID, which are required for the recruitment of SWI/SNF and nucleosome remodeling. However, full activation of RNR3 also requires GCN5, the catalytic subunit of the SAGA histone acetyltransferase complex. Thus, RNR3 is dependent upon both TFIID and SAGA, two complexes that deliver TATA-binding protein (TBP) to promoters. Furthermore, unlike the majority of TFIID-dominated genes, RNR3 contains a consensus TATA-box, a feature of SAGA-regulated core promoters. Although a large fraction of the genome can be characterized as either TFIID- or SAGA-dominant, it is expected that many genes utilize both. The mechanism of activation and the relative contributions of SAGA and TFIID at genes regulated by both complexes have not been examined. Here we delineated the role of SAGA in the regulation of RNR3 and contrast it to that of TFIID. We find that SAGA components fulfill distinct functions in the regulation of RNR3. The core promoter of RNR3 is SAGA-dependent, and we provide evidence that SAGA, not TAF(II)s within TFIID, are largely responsible for TBP recruitment. This taken together with our previous work provides evidence that SAGA recruits TBP, whereas TFIID mediates chromatin remodeling. Thus, we described an unexpected shift in the division of labor between these two complexes and provide the first characterization of a gene that requires both SAGA and TFIID.