盐离子作用下组蛋白变体H2A.Z增强核小体结构的稳定性

真核生物染色质的基本结构组成单元是核小体,基因组DNA被压缩在染色质中,核小体的存在通常会抑制转录、复制、修复和重组等发生在DNA模板上的生物学过程。组蛋白变体H2A.Z可以调控染色质结构进而影响基因的转录过程,但其详细的调控机制仍未研究清楚。为了比较含有组蛋白变体H2A.Z的核小体和常规核小体在盐离子作用下的稳定性差异,本文采用Förster共振能量转移的方法检测氯化钠、氯化钾、氯化锰、氯化钙、氯化镁等离子对核小体的解聚影响。实验对Widom 601 DNA序列进行双荧光Cy3和Cy5标记,通过荧光信号值的变化来反映核小体的解聚变化。Förster共振能量转移检测结果显示:在氯化钠、氯化钾、氯化锰、氯化钙和氯化镁作用下,含有组蛋白变体H2A.Z的核小体解聚速度相比于常规核小体要慢,且氯化钙、氯化锰和氯化镁的影响更明显。电泳分析结果表明,在75℃条件下含有组蛋白变体H2A.Z的核小体的解聚速率明显低于常规核小体。采用荧光热漂移检测(fluorescence thermal shift analysis , FTS)进一步分析含有组蛋白变体H2A.Z核小体的稳定性,发现两类核小体的荧光信号均呈现2个明显的增长期,含有组蛋白变体H2A.Z核小体的第1个荧光信号增速期所对应的温度明显高于常规核小体,表明核小体中H2A.Z/H2B二聚体的解聚变性温度要高于常规的H2A/H2B二聚体,含有组蛋白变体H2A.Z核小体的热稳定性高。研究结果均表明,含有组蛋白变体H2A.Z的核小体的结构比常规核小体的结构稳定。     

技术与方法体外组装含有组蛋白变体H2A.Z及H3.3的核小体

核小体是构成真核生物染色质的基本结构单位,组蛋白变体H2A.Z及H3.3对染色质结构及基因转录过程发挥着重要的调控作用。体内研究核小体及染色质结构受到诸多因素限制,体外重构含有H2A.Z及H3.3的核小体结构是研究与组蛋白变体相关基因表达调控的重要方法之一。实验表达纯化了6种组蛋白,在复性的过程中装配了含有H2A.Z和H3.3的组蛋白八聚体。基于DNA序列10bp周期性及序列模体设计了3条易于形成核小体的DNA序列,通过PCR大量扩增的方法,回收了标记Cy3荧光分子的目的DNA序列。采用盐透析法体外组装了含有H2A.Z和H3.3的核小体结构,利用荧光标记、EB染色及考马斯亮蓝染色检测了含有组蛋白变体的核小体形成效率及形成过程的吉布斯自由能变化。结果发现,设计的3条DNA序列可以有效地组装形成含有组蛋白电梯的核小体结构,而且随着组蛋白八聚体与DNA比例的增加,核小体的形成效率显著提高;采用Cy3荧光标记可以灵敏且定量地计算组装过程的吉布斯自由能。该方法的建立对研究组蛋白变体相关的结构生物学及转录调控等具有一定的意义。     

体外组装含有组蛋白变体H2A.Z及H3.3的核小体

核小体是构成真核生物染色质的基本结构单位,组蛋白变体H2A.Z及H3.3对染色质结构及基因转录过程发挥着重要的调控作用。体内研究核小体及染色质结构受到诸多因素限制,体外重构含有H2A.Z及H3.3的核小体结构是研究与组蛋白变体相关基因表达调控的重要方法之一。实验表达纯化了6种组蛋白,在复性的过程中装配了含有H2A.Z和H3.3的组蛋白八聚体。基于DNA序列10bp周期性及序列模体设计了3条易于形成核小体的DNA序列,通过PCR大量扩增的方法,回收了标记Cy3荧光分子的目的 DNA序列。采用盐透析法体外组装了含有H2A.Z和H3.3的核小体结构,利用荧光标记、EB染色及考马斯亮蓝染色检测了含有组蛋白变体的核小体形成效率及形成过程的吉布斯自由能变化。结果发现,设计的3条DNA序列可以有效地组装形成含有组蛋白电梯的核小体结构,而且随着组蛋白八聚体与DNA比例的增加,核小体的形成效率显著提高;采用Cy3荧光标记可以灵敏且定量地计算组装过程的吉布斯自由能。该方法的建立对研究组蛋白变体相关的结构生物学及转录调控等具有一定的意义。     

组蛋白变体的染色质组装

真核细胞的染色质组装是组蛋白和DNA有序地形成核小体和染色质的过程.通过调节DNA的开放或折叠状态,染色质组装不但影响遗传信息的编码和存储,也决定了遗传信息的提取和解读.作为染色质组装的重要调控因子,组蛋白变体和组蛋白伴侣在与DNA相关的生命活动进程中发挥着至关重要的作用.本文综述了组蛋白变体H2A.Z以及CENP-A进行染色质组装的研究进展,并着重讨论了组蛋白变体和组蛋白伴侣在染色质组装中的重要作用.     

综述: H2A-H2B类型组蛋白及其伴侣蛋白的研究进展

染色质是真核细胞中遗传物质DNA的载体,染色质结构动态变化与DNA复制、转录、重组、修复等重要生物学事件密切相关.组蛋白是染色质结构的基本组成元件之一,组蛋白变体和组蛋白修饰是两类基本的染色质结构调控因子.在构成核小体的四种核心组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)当中,H2A拥有最多的变体类型并在染色质结构调控中发挥重要作用.H2A组蛋白伴侣对H2A组蛋白及其变体的特异识别对于后者的折叠、修饰、传递、转运、组装、移除等生物学功能至关重要.本文着重探讨了组蛋白伴侣特异识别H2A组蛋白的分子机理,二者调控染色质结构的作用机制以及相应的生物学意义.     

H2A-H2B类型组蛋白及其伴侣蛋白的研究进展

染色质是真核细胞中遗传物质DNA的载体,染色质结构动态变化与DNA复制、转录、重组、修复等重要生物学事件密切相关.组蛋白是染色质结构的基本组成元件之一,组蛋白变体和组蛋白修饰是两类基本的染色质结构调控因子.在构成核小体的四种核心组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)当中,H2A拥有最多的变体类型并在染色质结构调控中发挥重要作用.H2A组蛋白伴侣对H2A组蛋白及其变体的特异识别对于后者的折叠、修饰、传递、转运、组装、移除等生物学功能至关重要.本文着重探讨了组蛋白伴侣特异识别H2A组蛋白的分子机理,二者调控染色质结构的作用机制以及相应的生物学意义.     

基于组蛋白甲基化信息的H2A.Z和H2A核小体识别

组蛋白H2A的变体H2A.Z在基因的表达过程中发挥着重要的作用。根据H2A.Z和H2A核小体中组蛋白甲基化修饰方式的不同,作者应用多样性增量二次判别方法(increment of diversity with quadratic discriminant,IDQD)成功地对H2A.Z和H2A核小体进行了识别,说明了以组蛋白甲基化信息作为特征参数的IDQD模型对H2A.Z和H2A核小体识别的有效性。通过计算DNA序列的柔性,发现H2A.Z核小体对应的DNA序列的平均柔性比常规H2A核小体对应的DNA序列的平均柔性弱。     

综述: 组蛋白变体的染色质组装

真核细胞的染色质组装是组蛋白和DNA有序地形成核小体和染色质的过程．通过调节DNA的开放或折叠状态,染色质组装不但影响遗传信息的编码和存储,也决定了遗传信息的提取和解读．作为染色质组装的重要调控因子,组蛋白变体和组蛋白伴侣在与DNA相关的生命活动进程中发挥着至关重要的作用．本文综述了组蛋白变体H2A.Z以及CENP-A进行染色质组装的研究进展,并着重讨论了组蛋白变体和组蛋白伴侣在染色质组装中的重要作用．     

酿酒酵母组蛋白变体Htz1调控基因转录的作用机制

在真核生物染色质中,作为核心组蛋白的H2A是构成核小体重要组分,其变体之一H2A.Z高度保守,对真核细胞生物的生命活动有重要意义. 模式生物酿酒酵母中的H2A.Z被称作Htz1. 在对多种生物H2A.Z的研究中,以对酿酒酵母组蛋白变体Htz1的探讨最为深入全面. 本文将从多个方面详细介绍酿酒酵母Htz1对基因表达调控的作用机制,涵盖其蛋白结构、染色质上的定位、翻译后修饰、结合机制、生物功能及其分子伴侣的作用等,并对未来该领域需要解决的重要科学问题进行了展望.     

组蛋白变异体H2A.Z的研究进展

H2A.Z是组蛋白H2A的变异体之一,是高度保守的组蛋白变异体,参与保护常染色体,防止形成异染色质;并且与转录调节、抗沉默、沉默和基因组稳定性有关。组蛋白变异体H2A.Z可能与染色体形成独立的结构域,从而调节染色质结构功能。但是,H2A.Z对染色体结构功能的作用机制还不是很清楚。组蛋白变异体H2A.Z和它的表观遗传修饰对染色体动态结构和功能起重要的作用。该文将对组蛋白变异体H2A.Z进行综述。     

植物组蛋白变体生物学功能

组蛋白变体是重要的表观遗传调控因子,能够在染色质特定位置替换常规组蛋白,维持染色质结构进而保证转录激活或抑制的顺利进行。目前,组蛋白变体的调控功能已成为植物学研究领域的一个热点。近年来,随着植物组蛋白变体生物学功能研究的不断深入,发现组蛋白变体能够在植物生长发育和环境应答调控等多个生物学过程中发挥重要作用。该文简要介绍了已知的植物组蛋白变体的种类,系统综述了各类组蛋白变体在植物多个生命进程中的生物学功能及调控过程,以期为深入认知植物组蛋白变体的作用机制提供参考。     

组蛋白翻译后修饰与DNA损伤响应蛋白招募的调控

组蛋白翻译后修饰是细胞DNA损伤早期应答反应的重要内涵,一方面是松弛、开放染色质结构的必要分子调节事件,以便DNA损伤响应蛋白能接近DNA损伤位点;另一方面直接参与DNA损伤修复蛋白招募过程的调控。综述了在DNA损伤信号激发下,发生的组蛋白主要修饰类型,异组蛋白H2AX、H2A.Z在DNA损伤部位与组蛋白置换,及其对DNA损伤响应蛋白招募的调节作用和机制。     

八肋游仆虫大核基因组中组蛋白基因 H4A和H4B的克隆及分析

组蛋白作为核小体的基本组分,是染色质的结构和功能必需的。组蛋白的变体和修饰共同参与染色质修饰及基因的表达调控。真核生物细胞中的5种组蛋白在进化中高度保守,然而纤毛虫的组蛋白H4与其他真核生物相比有较大的差异。本实验应用PCR技术从八肋游仆虫(Euplotes octocarinatus)中获得了2种组蛋白H4基因,分别为H4A和H4B,GenBank登录号为:JN715068和JN715069。序列分析表明,H4A基因开放阅读框324 bp,预测编码107个氨基酸,分子量为11.6 ku,等电点为10.99。而H4B基因编码框384 bp,编码127个氨基酸,分子量为14.4 ku,等电点为9.93。Blast结果显示,H4A序列与其他生物中H4的一致性相对较高,达81%～94%,而H4B的一致性为36%～70%。H4A和H4B的一致性仅为44.7%。实时荧光定量PCR表明,H4A的转录本高于H4B。结果提示:在进化过程中八肋游仆虫可能进化出特殊的组蛋白H4基因,不同的组蛋白H4可能发挥不同的功能。     

致病疫霉组蛋白H2A变异体序列与表达

在真核生物中,DNA缠绕在组蛋白上形成核小体,一个组蛋白分子包括H2A、H2B、H3和H4各2个核心组蛋白亚基。在这4种核心组蛋白中,H2A富含多样化,且在细胞的生物途径中起重要作用的变异体,因此,H2A家族一直是研究热点。致病疫霉是重要的病原菌也是研究卵菌的模式物种之一,目前关于卵菌表观遗传的研究还未见报道。本研究针对致病疫霉组蛋白H2A变异体,利用基因组信息和基因芯片数据,通过序列比对、系统发育分析以及基因表达水平检测,发现在致病疫霉基因组中存在组蛋白H2A变异体H2A.X.1、H2A.X.2和H2A.Z,它们在不同生长发育阶段和侵染过程呈现特异的表达谱。研究结果为进一步研究致病疫霉表观遗传机制奠定了基础。     

组蛋白H3变体H3.3及其在细胞重编程中的作用

组蛋白是真核生物中一类进化上相对保守的蛋白质。由组蛋白八聚体及缠绕其上的DNA构成的核小体是真核生物染色质的基本组成单位。核小体使DNA保持固缩状态,既能维持基因组的稳定性,又能保证DNA序列可以正确地进行复制、转录、重组和修复。核小体调控细胞的生物过程除了通过组蛋白翻译后修饰,还可以通过组蛋白变体替换的方式进行。研究发现,组蛋白H3变体H3.3与常规组蛋白H3尽管仅有几个氨基酸的区别,但H3.3却能由特异的分子伴侣介导,整合进入染色质的特定区域,从而发挥不同的作用。同时,H3.3作为一种母源因子在正常受精和体细胞核移植等细胞重编程过程中也发挥着重要作用。本文总结了H3.3的结构特点和富集情况,探讨了特异的分子伴侣及其在细胞重编程中的作用,以期为提高体细胞重编程效率提供新思路,为体细胞重编程的应用奠定基础。     

组蛋白变体H3.3 L27M突变与胶质瘤发生

组蛋白变体在基因表达等基本细胞过程中发挥重要调节功能。人类有5种H3变体,分别为H3.1、 H3.2、H3.3、着丝粒特异性CENP-A和睾丸特异性H3t。人H3.3有H3F3A和H3F3B两个基因编码。采用DNA全基因组测序的方法在儿童高级别胶质瘤如恶性胶质瘤（GBM）和弥漫性内在脑桥胶质瘤（DIPG）鉴定出高频的H3F3A突变。超过70%DIPG和30%GBM携带H3.3 K27M氨基酸错义突变（27位赖氨酸被甲硫氨酸代替）。H3.3 K27M通过与组蛋白H3K27甲基转移酶EZH2亚基相互作用而抑制多梳抑制复合物2（PRC2）活性并全面减少H3K27me3含量。因此H3.3 K27M突变重塑了表观修饰状态和基因表达模式,从而驱动肿瘤发生。K27M突变可作为分子标志物以更好区分儿童胶质瘤亚型,还可作为特异、敏感的预后标志物。通过抑制组蛋白去甲基化酶如JMJD3活性而增加H3K27甲基化可作为K27M突变胶质瘤治疗的有效策略。本文综述了组蛋白变体H3.3 K27M在胶质瘤中的突变模式、分子机制和临床应用。     

基于DNA弯曲度的H2A.Z核小体定位与修饰研究

在真核生物染色质中,H2A.Z是高度保守的组蛋白变异体,与转录调控、基因组的稳定性密切相关。为了探讨组蛋白修饰、DNA弯曲度与H2A.Z核小体定位三者之间的关联,在得到实验所测的相关数据后,利用MINE算法并结合皮尔逊相关系数在酵母全基因组的转录起始位点周围探讨了三者间的线性与非线性关系。其中MIC算法可以定量的得出数据之间关联度大小的值,用于衡量数据之间是否存在着关联,而皮尔逊相关系数则用于检查是否为线性关联。结果除了发现大部分组蛋白修饰种类和核小体定位之间存在着线性关联外,还探测到有两种组蛋白修饰数据(H4ac修饰与GCN4修饰)和核小体定位数据之间存在着以往未发现的非线性关系(大致呈正余弦函数),并从数据的生物背景(组蛋白修饰与核小体位置)上探讨了出现非线性现象的原因。     

组蛋白变体及组蛋白替换

组蛋白作为核小体的基本组分,是染色质的结构和功能必需的。对于不同状态的染色质,核小体中会组装入相应的组蛋白变体,并且各种组蛋白变体的尾部也能发生多种修饰。这些变体通过改变核小体的空间构象和稳定性,决定基因转录的激活或沉默,DNA的修复,染色体的异染色化等。在组蛋白替换过程中,组蛋白变体是通过相应的染色质重构复合物组装入核小体,不同的变体有着不同的组装途径。对组蛋白变体的研究是近年来表观遗传学新的研究热点,也是对“组蛋白密码”的新的诠释。并且,组蛋白替换揭示了DNA-组蛋白相互作用变化的一种新的机制。

     

DNA损伤和修复中的H2AX磷酸化及其在生殖相关细胞中的作用

H2AX是组蛋白H2A家族常见的变体之一，H2AX磷酸化是指哺乳动物细胞中的组蛋白H2AX在其C端第139位丝氨酸上发生磷酸化修饰形成磷酸化组蛋白H2AX(histone H2AX phosphorylation,γH2AX)的过程。目前，γH2AX的检测方法主要有免疫荧光法、流式细胞术、免疫印迹法。γH2AX是DNA损伤尤其是DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSB)或DNA修复的标志物，已经被应用到医学相关领域，如放射性DNA损伤的检测、癌症的辅助诊断以及预后监测。此外，γH2AX在检测生殖细胞中的DNA损伤及修复和维持胚胎干细胞的自我更新中有重要意义。检测γH2AX水平已成为评价生殖细胞和干细胞质量的重要方法。本文将从H2AX及其家族的生物学特征、γH2AX的检测方法、DNA损伤与修复中的H2AX磷酸化及其在生殖相关细胞中的应用等角度对γH2AX研究进展进行总结和探讨。     

利用重组荧光素酶报告基因载体研究E2F调控组蛋白H2A的转录

转录因子E2F与细胞增殖、凋亡及癌变密切相关,组蛋白H2A是构成核小体的重要成员之一.研究通过特异性的阻断Rb基因的表达发现组蛋白H2A家族成员:HIST1H2AJ表达下调,再进一步研究转录因子E2F对HIST1H2AJ的转录调控.通过PCR得到HIST1H2hJ的5非翻译区序列,克隆到荧光素酶报告载体pGL3中,然后转染入HEK293,再检测荧光素酶的活性来判断E2F是否调控HIST1H2AJ的转录.研究结果表明:转录因子E2F能够调控组蛋白H2A家族成员之一HIST1H2AJ的转录.