果蝇多线染色体β异染色质区的螺旋结构(简报)

从1973年发现核小体至今,研究者们对染色质纤维结构和这种纤维组织成染色体的方式进行了广泛而深入的研究。由DNA到核小体到30nm染色质纤维几乎公认是按螺旋方式集缩的,但是有关30nm左右染色质纤维如何压缩形成染色体的高层次结构还没有统一的意见。关于这方面的研究目前已有许多模型。其中,Bak等提出的多级螺旋     

30nm染色质纤维的结构及调控

真核细胞中,基因组DNA缠绕组蛋白八聚体形成核小体,核小体再经过多层次折叠压缩形成具有高级结构的染色质.过去30多年,科学家对30 nm染色质纤维的结构进行了大量的研究,然而关于30 nm染色质纤维的精细结构仍然存在很大的争议.本文综述了近年来对30 nm染色质纤维结构的最新研究进展,并重点阐述了最近解析的30 nm染色质纤维左手双螺旋结构.同时,我们还进一步讨论了一些对30 nm染色质纤维结构起调控作用的因子及其作用机制.最后,我们对30 nm染色质纤维结构与功能领域所面临的挑战和问题进行了展望.     

综述: 30 nm染色质纤维的结构及调控

真核细胞中,基因组DNA缠绕组蛋白八聚体形成核小体,核小体再经过多层次折叠压缩形成具有高级结构的染色质．过去30多年,科学家对30 nm染色质纤维的结构进行了大量的研究,然而关于30 nm染色质纤维的精细结构仍然存在很大的争议．本文综述了近年来对30 nm染色质纤维结构的最新研究进展,并重点阐述了最近解析的30 nm染色质纤维左 手双螺旋结构．同时,我们还进一步讨论了一些对30 nm染色质纤维结构起调控作用的因子及其作用机制．最后,我们对30 nm染色质纤维结构与功能领域所面临的挑战和问题进行了展望．     

30 nm染色质的体外组装和电镜分析

真核生物的基因组以染色质的形式存在,染色质在真核生物的基因表达调控及胚胎发育过程中起重要作用,为表观遗传提供一个重要的信息整合平台．染色质的高级结构,特别是 30 nm染色质的动态变化在基因转录沉默和激活过程中起着重要的调控功能．但是目前对30 nm 染色质纤维的组装及其精细结构的认识还十分有限．本文通过体外表达系统,表达未经修饰的组蛋白,并利用克隆构建的601DNA均一重复序列,通过逐步降低盐离子浓度并加入组蛋白H1或镁离子的方法,体外重组均一的30 nm染色质纤维．并利用镀金属、负染色制样和冷冻电镜制样等手段通过透射式电子显微镜(TEM)对30 nm纤维结构的形成原因、组蛋白H1的作用和核小体重复单位(nucleosome repeat lengths,NRLs)长度对30 nm染色质纤维的影响进行研究．研究结果显示在组蛋白H1或二价镁离子存在的情况下,均可形成30 nm染色质纤维．其形成的染色质拓扑结构有所不同．统计分析表明,不同长度核小体重复单位(NRLs)形成的染色质纤维直径有所不同(P < 0.05)．同时,我们得到了较为均一的冷冻电镜样品,为进一步研究30 nm染色质纤维的高级结构及理解体内染色质存在的形式及动态过程打下了较好的基础．     

染色质的高级结构与调控

真核生物中,DNA作为遗传物质并不是裸露存在的,而是以染色质的形式存储在细胞核中。作为遗传信息的载体,长达数米的基因组DNA被压缩在微米级的细胞核中却能精确地控制生物高度有序的各种生理活动,因此,染色质的空间结构必定具有一定的规律性且高度可控。而30 nm染色质纤维作为从核小体串珠结构到高级染色质结构中间一个关键的结构阶段,在诸多DNA相关的生命活动中起重要调控功能,因此,对其结构及动态调控相关的研究具有重要的生物学意义。现总结近年来30 nm染色质纤维精细结构解析以及染色质结构动态调控方面的一些重要最新进展,同时,也对细胞核内染色质纤维结构的一些基因组学和电镜方面的最新研究进行了讨论和展望。     

应用原子力显微镜对玉米染色质纤丝及染色体骨架的研究(英文)

应用原子力显微镜对经化学方法预处理的玉米染色体超微结构进行了研究。原子力显微镜观察的结果揭示,经30%醋酸处理的玉米染色体表面呈现出不均一的颗粒状结构。当缩小扫描范围后,在染色体表面发现直径分别为30和100 nm的两种染色质纤丝。100 nm的染色质纤丝由30 nm染色质纤丝螺旋缠绕而成。在经25%胰酶处理的玉米染色体上发现了两种类似的螺旋状染色质纤丝结构,其直径分别为30和100～150 nm。较细的染色质纤丝螺旋缠绕成较粗的纤丝,进而构成整个染色体。经低离子浓度溶液抽提,用原子力显微镜观察到了玉米染色体的染色体骨架结构。这种染色体骨架呈不规则的纤维网状,这些网状纤维在染色体中部显得较为紧密,在染色体的边缘则显得较松散。这一结果暗示染色体是由不同级别的染色质纤丝螺旋缠绕构成,为染色体的多级螺旋结构假说提供了新的证据。同时发现染色体骨架并不是呈轴样的结构存在,而是保留了染色体的基本形态,这种骨架形状也许是由分散在染色体中的染色体骨架蛋白在低离子浓度溶液抽提的过程中凝缩形成的。     

关于蚕豆根端分生组织细胞核中类胀泡结构的研究

本文对蚕豆根端分生组织细胞核中类胀泡结构的超微结构变化和细胞化学特点进行了研究。我们观察到,类胀泡结构是与集缩染色质紧密相连的核内结构。该结构是由直径30nm左右的纤维组成的较为疏松的网络,其中的30nm纤维可以进一步解集缩并释放出直径约10nm的颗粒,这些颗粒可能是核小体。Bernhard染色结果表明,类胀泡结构含有RNP。放射自显影结果表明,类胀泡结构具有转录活性。我们推测,蚕豆细胞核中的类胀泡结构可能是非核仁基因表达的一种形态。     

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.     

小冰麦杂种落后染色体解凝聚过程的超微结构研究(简报)

70年代发现核小体以来,关于染色质和染色体的超微结构研究有了很大进展,对染色质的高序结构(Higher order structure)已提     

基于DNA变形能的核小体定位预测方法研究进展

真核细胞中,作为染色质基本结构单元的核小体参与调控基因的转录、DNA复制、重组以及RNA剪接等诸多生物学过程。阐明核小体定位机制并准确预测核小体在染色体上的位置对解读染色质结构与功能有重要生物学意义。在过去30多年时间里,研究人员发展了多种预测核小体位置的方法。最理想的方法应考虑DNA序列、组蛋白修饰和染色质重塑等影响核小体定位的诸多因素,然而现实中,捕捉主要因素的模型也往往具有很高的鲁棒性和实用价值。DNA序列偏好性是在全基因组尺度上影响核小体定位的最重要因素之一,因此基于DNA序列的核小体定位预测方法也最常见。这种方法可大致分为两类,即基于DNA序列信息的生物信息学模型和基于DNA变形能的生物物理学模型。本文重点介绍生物物理学模型近些年取得的主要进展。     

百合花粉母细胞核骨架的超微结构观察

参照动物细胞核骨架的研究方法,用整装电镜技术和DGD包埋-去包埋技术研究了选择性抽提的和完整的百合(Lilium davidii var. willmottiae (Wilson) Roffill)花粉母细胞。结果表明,住减数分裂前期Ⅰ,百合花粉母细胞核内存在一个精细的非染色质纤维——核骨架。该网络由5～15nm的纤维交织而成,广泛地分布于细胞核内。这些核骨架有的分布于染色体间,有的分布于染色体周围,并与染色体和核仁相连。随着减数分裂时间的推移,染色体(质)间核骨架纤维逐渐减少,染色体(质)周围的核骨架纤维逐渐增多,并与染色体内部的纤维结构相连,表明核骨架一方面为染色体拓扑变化提供一个空间支架,另一方面也可能参与了染色体骨架的构建。     

蓝氏贾第虫核小体的初步研究

最原始的真核生物蓝氏贾第虫虽已有五种组蛋白,但以微球菌核酸酶水解却得不到规则的DNA片段。鉴于贾第虫的特殊进化地位,探讨其是否具有核小体结构,对于研究核小体的起源和进化具有重要的意义。采用改进的染色质铺展技术制备核小体并进行透射电镜观察。结果表明蓝氏贾第虫已有了直径约l0nm的核小体结构。作者认为核小体的形成可追溯到真核生物形成的初期甚至更早,核小体的完善则在真核生物形成之后。     

多头绒泡菌染色体构建过程的形态学研究

以同步核内有丝分裂的多头绒泡菌(Physarum polycephalum)原质团为材料,在有丝分裂周期中连续取材,按常规方法制备超薄切片,在电镜下研究了染色体形态构建的整个过程。有丝分裂前期,首先是G_2期凝集的染色质块逐渐解集缩成为松散状,染色质在松散的同时逐渐改组成直径为80～150nm的松散染色线结构。接着是在松散的染色线上形成一些电子密度高的集缩区,随着集缩区的增多和扩展,染色线缩短变粗,最后形成直径300～350nm的染色体。上述两个过程各需30min左右。与上述过程同时发生的是,核仁由中央位置逐渐移向边缘,前期50min左右时在近核膜处呈团块状解体。染色体形态构建的整个过程约需1h,可分为染色质的松散改组和集缩两个连续的步骤,25～30nm染色质纤维是这一过程中能分辨的最细的形态单位。     

真核细胞染色体结构研究的某些进展

生物学中的重要课题之一是真核细胞染色体结构的研究,它涉及到诸如癌变、基因调控、细胞分化、发育等重要和基础课题。目前,关于30nm 染色质纤丝如何压缩形成中期染色体仍存在分歧。其中主要有3种模型:放射环模型、螺旋模型、折叠纤维模型。特别是放射环模型最近引起广泛的注意和争论。该模型认为中期染色体是由约30nm的染色质纤丝以染色体纵轴为中心向外辐射状伸出的环集缩而成。本文拟对这一方面的研究工作进行综述和讨论。1977年,Laemmli 等以中期 Hela 细胞为材料,用硫酸葡聚糖和肝素处理,去除组蛋     

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。

     

染色质核小体的电镜制片方法

自从发现真核细胞染色质普遍存在着核小体结构以来,对于核小体结构的研究已取得了重大的进展。许多研究者运用电子显微镜直接观察核小体。有人用核酸酶消化核或染色质,再经蔗糖     

30nm染色质纤维结构与表观遗传调控

真核生物的DNA以染色质形式通过逐级折叠压缩形成高级结构存在于细胞核中。染色质高级结构直接参与了真核基因的转录调控和其它与DNA相关的生物学事件,因此研究染色质高级结构对了解表观遗传学分子机制有着至关重要的作用。近些年,研究者们针对30 nm染色质高级结构提出了两个模型:螺线管模型和Zig-Zag模型。2014年,我们利用体外染色质组装体系重建了30 nm染色质纤维,运用高精度冷冻电镜技术得到了分辨率为11?的30 nm染色质纤维的精细结构,提出了30 nm染色质高级结构的左手双螺旋Zig-Zag模型。本文综述了30 nm染色质纤维结构研究方面的相关进展,并对30 nm染色质高级结构的表观遗传调控机理以及单分子成像和操纵技术在研究30 nm染色质高级结构中潜在的应用作出讨论和展望。     

核小体及染色质修饰的基因组分布模式和染色质状态

染色质是真核DNA的存在方式,可以通过影响DNA的可及性调节基因转录,其基本单元为核小体,系由约147 bp的DNA缠绕在组蛋白八联体上形成的结构,核小体之间以连接DNA相连．核小体组蛋白上能发生甲基化和乙酰化等化学修饰．核小体位置、DNA的甲基化和组蛋白的修饰等对染色质状态(常染色质或异染色质)及基因组之间的长程相互作用有重要影响．近年,基于高通量测序技术,核小体位置和染色质修饰在多种细胞中的基因组分布已被测定．结果显示,这些标记的分布模式具有位点特异、动态变化、相互偶联和高度复杂的特征．本文详细回顾并评述了核小体位置和染色质修饰的分布模式、对应生物学功能、修饰之间的关联、实验测定技术、染色质状态的计算分析等内容．该工作对于深入认识和理解染色质的表观遗传调节机制有重要意义．     

染色质重塑因子在植物发育过程的功能

染色质重塑复合体(chromatin remodeling complexes)通过具有ATPase活性的亚基水解ATP释放能量,通过改变核小体"构象"(包括核小体重定位、核小体滑动和核小体替换等)而改变DNA的"可及性"(accessibility),进而影响特定的生理、生化过程。染色质重塑复合体最早在酵母中发现,生化分析表明其至少含有13个亚基。目前植物染色质重塑复合体的组成还未完全解析,但通过对其酵母同源亚基(染色质重塑因子)的研究可从侧面探究植物染色质重塑复合体的功能。同时,还着重讨论了近年来在植物染色质重塑因子研究上取得的结果,以期为植物染色质重塑的作用机制提供启示。     

几种动物染色体超微结构的研究

应用表面舒展技术、原位培养表面舒展技术和临界点干燥以及空气干燥等方法制备染色体标本,用FESEM和SEM观察了CHO、IB-RS-2哺乳动物细胞以及黄鳝肾细胞和鲫鱼血淋巴细胞的染色体。看到了染色体处于不同舒展状态的染色质纤维。在染色质纤维未完全展开排列紧密时,染色体臂的染色质纤维,缠绕排列有序,垂直于染色体纵轴,螺旋盘绕形成疏密程度不同的横纹。在纤维较为松散和完全松敌的状态下,可以看见直径约为300(?)的染色质纤维从有序到不完全有序到无序,弯扭、螺旋、缠绕,有些似“辐射环”状结构。在着丝点处可清楚地看到有二条纤维平行分别通连二染色单体臂,未见有染色体膜。初步比较了鱼类和哺乳类的染色质纤维,二者基本一致,但鱼类染色质纤维排列较哺乳动物的松散,类似“辐射环”状的结构较为明显。