染色质构象调控真核基因的表达

真核基因的表达受到各种顺式调控元件、反式作用因子、染色质DNA以及组蛋白表观遗传修饰等多因素、多层次的调控。染色质三维空间结构的变化在调控真核基因表达方面也发挥了至关重要的作用。染色质构象的变化一方面可以使增强子等调控元件与靶基因相互靠近,从而促进基因表达;同时也可能通过形成空间位阻结构阻碍调控元件作用于靶基因,抑制基因表达。虽然染色质结构变化调控真核基因表达的机制仍缺乏较为精确的分子模型,但在组蛋白修饰、核小体定位、染色体领域以及染色质间相互作用等表观遗传学研究中,已经发现有诸多证据支持染色质构象在真核基因表达调控中的重要地位。文章主要综述了染色质结构及其构象的变化等对真核基因表达调控的影响。     

染色质高级结构与肿瘤转移

染色质高级结构与基因的转录密切相关,但是,关于染色质高级结构的功能以及染色质高级结构如何促进肿瘤的恶性转变仍然是一个悬而未决的科学问题。在国家自然科学基金"细胞编程与重编程的表观遗传机制"重大研究计划项目支持下,刘喆实验室研究了染色质高级结构在基因转录调控和肿瘤转移中的作用及机制,取得了一系列原创性成果:发现了染色质高级结构在多启动子基因不同启动子活性控制中的重要调控作用,发现在实体肿瘤发生发展过程中染色质高级结构发生了显著变化,并以染色质高级结构的变化为着眼点,发现了淋巴细胞特异性的转录调控系统在实体肿瘤转移中的关键作用,提出了实体肿瘤恶性转变的新的研究方向。现围绕"细胞编程与重编程的表观遗传机制"重大研究计划项目资助下刘喆实验室的原创性工作进行综述。     

染色质调节元件与不同启动子的相互作用对基因表达调控的影响

为探究DNA序列元件对不同启动子调节转基因稳定表达的影响,利用遍在染色质开放元件 (Ubiquitous chromatin opening elements,UCOE) 和基质黏附序列 (Scaffold/matrix-attachment regions,MAR) 分别与含增强子的oct4基因启动子、含CpG岛的sox2基因启动子和不含调控元件的nanog基因启动子以及同时包含增强子和CpG岛的CMV启动子组合构建pOCT4-MAR、pOCT4-UCOE、pSOX2-MAR、pSOX2-UCOE、pNANOG-MAR、pNANOG-UCOE、pCMV-UCOE、pCMV-MAR等质粒,分析这些质粒稳定转染后的表达量和嵌合表达差异。结果发现,UCOE与含增强子元件的oct4启动子组合能较稳定高效表达,而MAR与含CpG岛的sox2启动子组合能较稳定高效表达。利用排除位置效应原因的嵌合表达对染色质高级结构调控基因表达的稳定性分析表明：(1) 通常情况下UCOE比MAR调节的表达载体的表达更高效和更稳定;UCOE连接含CpG岛的启动子形成开放染色质调节的高表达更稳定;(2) MAR与启动子上TATA盒或增强子可能通过染色质环产生高表达,但相对不稳定。结论：染色质调节元件UCOE和MAR与启动子调控元件之间能通过染色质开放状态或染色质环调控基因稳定表达。     

长链非编码RNA顺式调节作用机制的研究进展

长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA)种类众多,生物学功能复杂,与不同的分子相互作用,实现其特有的基因调控功能。可参与细胞核染色质结构的调控、m RNA的转录及转录后的加工运输、蛋白质的翻译等过程。此外,lncRNAs在邻近基因或靶基因的顺式调节机制中也发挥了重要作用,本综述主要对近年来lncRNAs通过顺式调节作用影响基因表达的机制进行综述。     

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.     

真核生物基因表达在转录水平上的调节作用

在转录水平上的调节被认为是被细胞基因表达的调控的一个主要机制。在真核细胞中,染色质的结构是和这个调控密切相关的;一般认为,染色质构象的改变是进行转录在所必需的。 一、具有转录活性的染色质的超微结构具有转录活性的染色质(简称活性染色质) 。     

TFIID在配子发生和早期胚胎发育过程中的作用

配子发生以及胚胎早期发育过程受严格且有序的基因表达调控。多种转录因子与靶基因结合,激活基因的时空特异性表达,实现受精卵全能性的获得,完成母型基因组转录调控向合子基因组转录调控的转变以及随后胚胎细胞的分化调节。研究表明,TFIID转录因子家族在这些关键阶段起重要作用,在基因转录调节的起始阶段,TFIID转录因子家族成员作为通用转录因子被招募到靶基因的启动子上,与其他转录因子共同形成转录前起始复合物,起始转录。该文总结了TFIID转录因子的结构、作用方式,以及在配子发生和早期胚胎发育中的调控作用。     

下一代测序技术在干细胞转录调控研究中的应用

基因转录调控及其机制分析是后基因组时代生物学研究的重点之一。随着高通量测序技术的发展,人们可以从不同层面研究基因的转录调控行为,从转录组、转录因子结合,到染色质局部结构和整体空间构象,可系统分析转录调控的分子机制。干细胞分化过程的转录调控分析对研究再生医学和理解细胞癌变机制等具有重要意义。本文综述了下一代测序技术在干细胞转录调控研究中的应用,包括：(1)基于基因芯片或RNA测序的转录组分析;(2)基于染色体免疫共沉淀(chromatin immunoprecipitation, ChIP)测序的表观基因组和转录因子结合信息的分析;(3)基于DNase 酶切测序(DNase-Seq)的染色质开放性分析;(4)基于高通量染色质构象捕获(high-throughput chromosome conformation capture, Hi-C)技术的染色体远程相互作用分析。从基因表达谱、转录因子结合和基因组三维结构等层面展开介绍,重点关注了一些多能性转录因子(Oct4、Sox2和Nanog等)在维持干细胞干性和分化中的调控作用,以期为干细胞转录调控的研究提供借鉴和参考。     

转录辅调节因子在剪接过程中的作用

细胞通过基因表达调控来应对外界刺激,其中对基因转录起始和pre-mRNA剪接的调控是基因表达调控的重要环节。越来越多的实验显示基因转录和pre-mRNA剪接这两个过程在时空上密切相关。基因转录能调节剪接模式的选择性,反之剪接过程也影响基因转录。近年来研究发现转录辅调节因子在联系转录和剪接过程中扮演着重要角色。转录辅调节因子对基因表达的调控不仅在于影响转录产物的量,还可以调控pre-mRNA的选择性剪接并产生不同的剪接体,从而翻译出具有不同生物学功能的蛋白质。本文主要阐述了基因转录与剪接之间的关系以及它们之间相互作用的机制,有利于更深入理解基因表达调控的过程。     

c-Myc功能及其下游靶点

c-Myc是一个在进化上较为保守的,具有b/HLH/LZ结构的转录调节因子,它可以与Max形成异源二聚体通过结合于启动子区的E盒结构对基因进行转录激活调控,也可以通过其他方式对基因进行正负调节,参与调控了细胞的增殖、分化、生长、凋亡、细胞周期进程、细胞内生物大分子的代谢以及细胞的恶性转化。近期,研究者通过采用微阵列芯片、生物信息学技术、染色质免疫沉淀(ChIP)、基因表达系列分析(SAGE)等高通量研究的新技术对c-Myc下游靶点进行研究,这对于揭示c-Myc结构与功能之间的关系具有重要的生物学意义。     

染色质结构蛋白变异与人类疾病

层级复杂的三维染色质结构对于细胞命运决定和功能维持所需的多种DNA相关生物学过程的时空调控至关重要,如DNA复制、转录、重组和损伤修复等.三维染色质结构失调导致基因表达异常,被认为是肿瘤或神经发育障碍等多种疾病的主要诱因.本文重点阐述组蛋白及其变体、甲基CpG结合蛋白2在三维染色质高级结构及动态性调节中的作用,总结疾病相关突变对基因功能的影响,探讨肿瘤或神经发育障碍发生发展过程中染色质层面的病理学机制.     

通过系统分析揭示组蛋白修饰模式与转录因子结合之间的关联

转录因子对顺势调控元件的选择性结合,在哺乳动物细胞类型特异的基因表达中扮演重要的角色.这个过程受到染色质表观遗传状态的潜在调控.近期,染色质免疫共沉淀结合测序的研究提供了大量泛基因组水平的数据,阐述转录因子结合以及组蛋白修饰的位点,这为系统地研究转录因子和表观遗传标记之间的空间及调控关系提供了基础.该研究对公共数据库中的染色质免疫共沉淀结合测序数据进行整合分析,涉及5个细胞系中的85种转录因子、9种组蛋白修饰,目的是研究转录因子结合位点与组蛋白修饰模式以及基因表达在泛基因组水平上的关联.作者发现,不同转录因子与组蛋白修饰的共定位模式高度一致,并且组蛋白修饰在距离转录因子结合位点约500碱基对的位置富集.作者还发现,转录因子结合位点的占有率与活性组蛋白修饰的水平和双峰模式正相关,并且启动子区域组蛋白修饰的双峰和共定位模式和基因的高转录水平相一致.组蛋白修饰模式、转录因子结合位点的占有率与基因转录之间的关联暗示了细胞可能利用的基因表达调控机制.     

核孔复合体的结构及其功能

核孔复合体(Nuclear pore complexes, NPCs)镶嵌在核膜上,是细胞核与细胞质之间的唯一通道。冷冻电子X射线断层扫描将环状NPCs分为三个环,分别称为胞质环、内环和核质环,胞质环上附有胞质纤丝,核质环上附有核篮。由于物种不同,NPCs由30～50多种不同的核孔蛋白(nucleoporins, Nups)组成,但结构和功能高度保守。根据其结构、氨基酸序列,NPCs定位和功能,Nups被分为跨膜Nups、屏障Nups、骨架Nups、胞质纤丝Nups和核篮Nups。相互间作用稳定、紧密连接的数个Nups可组成亚复合体。为了应对不同生理需要,NPCs处于高度动态变化中,间期和有丝分裂期均可通过组装和去组装改变核孔数量和功能。NPCs的主要功能是调控核质转运,小分子物质可自由扩散,大分子物质则需在核转位信号和转运载体的介导下以主动运输的方式进行转运。除了核质转运这一主要功能外,Nups还能以一个独立于转运的方式影响基因组功能。通过影响染色质结构和影响转录调控元件对靶基因的访问,Nups促进或抑制转录。在酵母,Nups介导的基因调控主要由位于NPCs中的Nups执行;在多细胞生物,不仅NPCs中的Nups,核质内游离的Nups也具有基因调控功能。此外,Nups还能通过参与形成染色质边界和形成转录记忆对基因进行调控。在增殖细胞, Nups通过与DNA修复机器相互作用,参与DNA损伤修复,保护基因组完整性。有丝分裂时,Nups协助核膜解体和中心体迁移,并通过作用于着丝粒来控制有丝分裂组件的空间定位与活性,稳定它们与微管之间的相互作用,保证纺锤体正常组装和染色体准确分离。总之,NPCs与生物分子的核质转运、基因表达和细胞周期密切相关,它的结构和功能的稳定是真核细胞生长、增殖、分化等生命活动的基本保证。     

真核生物染色质隔离子

真核生物的基因组较原核生物复杂 ,其基因包含在染色质中 ,基因的表达调控十分精细 .真核生物的染色体由一系列结构与功能独立的单元组成 ,各个单元的基因表达情况各不相同 .各单元间的结构称为边界元件 ,它使一侧的基因免受另一侧调控元件的影响 .这就是限定染色质转录功能区的染色质隔离子 (ｃｈｒｏｍａｔｉｎｉｎｓｕｌａｔｏｒ) .染色质隔离子是顺式作用的ＤＮＡ序列 ,它参与更高层次上的基因表达调控 .1　染色质隔离子的发现及生物学功能　　早在 1985年 ,人们就在果蝇的染色体 87Ａ7的两侧发现了ｓｃｓ和ｓｃｓ′ .Ｋｅｌｌｕｍ等作…     

SATB1在基因表达调控中作用的研究进展

SATB1是一种组织特异性的核基质结合蛋白,参与了染色质高级结构的形成和组织特异性基因的表达调控,对于胸腺细胞的发育和T细胞的成熟起到了尤为重要的作用。虽然已经知道SATB1可以通过与MAR序列结合,以促进染色质重塑,调节组蛋白乙酰化和甲基化水平等多种途径对基因的表达进行调控,但是对于该过程所涉及到的分子机制仍然不是很清楚。本文对SATB1在基因表达调控方面的研究进展作一综述。     

北京中医药大学中药学院

转录因子是能够结合某基因上游特异核苷酸序列上的蛋白质,活化后从胞质转位至胞核,通过识别和结合基因启动子区的顺式作用元件,启动和调控基因表达。真核生物在转录水平上的基因表达调控,影响和控制着细胞和生物个体的许多生物学过程。本文综述了转录因子的结构、分类以及其在植物干旱胁迫中发挥的作用。     

表观遗传学——理论·方法·研究进展(2)

4 表观遗传学重点内容之二--染色体重塑 基因的活化和转录需要一系列重要的染色质变化,如染色质去凝集、核小体变成疏松的开放式结构等,使转录因子等调节因子更易接近和结合核小体DNA.与基因表达调节所伴随的这类染色质结构改变现象就叫做染色质重塑(chromatin remodeling),需要特异的因子结合在启动子和增强子等顺式作用元件上,并和RNA聚合酶之问建立起有效的联系.染色质重塑的机理涉及特殊的蛋白复合体.     

CTCF和cohesin参与人成纤维细胞中HOXA基因簇染色质高级构象的组织

位于人体不同部位的成纤维细胞具有细胞特异性的HOX基因表达模式,可以作为区分不同成纤维细胞的依据之一.在个体发育的过程中,建立或维持不同HOX基因表达模式的机制始终是引人关注的问题.本实验室前期工作在NT2/D1人畸胎瘤细胞中证明了CTCF/cohesin介导的染色质高级构象在维甲酸诱导的HOXA基因共线性开启过程中发挥了重要作用.为了进一步研究原代细胞中CTCF/cohesin对HOXA基因的调控作用,本研究选取了来自体轴不同部位并且HOXA基因表达模式互补的人胚肺和包皮成纤维细胞,对HOXA基因簇中CTCF和cohesin的结合水平以及相关的染色质高级构象进行了检测.与人胚肺成纤维细胞相比,包皮成纤维细胞中的cohesin结合水平较低,相关的染色质高级构象比较"开放",并且主要表达5′端的HOXA基因.本研究还发现CTCF结合位点CBSA56处于HOXA基因簇染色质高级构象中的核心位置,并且该位点参与的染色质相互作用在两种成纤维细胞中呈现出明显的差异,说明CBSA56是一个关键的CTCF结合位点.以上结果表明,CTCF和cohesin参与了人原代成纤维细胞中HOXA基因簇染色质高级构象的组织和HOXA基因的表达调控,并且提示细胞类型特异性的染色质高级构象与HOXA基因的空间共线性表达模式之间存在协同关系.