DNA双螺旋的精细结构

70年代末,由于DNA寡聚体(短的DNA片段)单晶x射线衍射实验的结果,发现双螺旋参数随着序列的不同而起伏变化着——双螺旋的精细结构。本文综述了这方面的进展情况,重点介绍Calladine的解释;由DNA序列预测螺旋参数变化的Dickerson规则。其生物学意义在于:DNA碱基的序列信息可能贮存在双螺旋的局部精细结构之中。     

DNA左手螺旋的意义

1979年底美国以里奇为首的一个研究小组用X射线衍射,在高达0.9埃的分辨水平上解析了一段人工合成的DNA晶体结构,结果发现了一种新的构象——DNA的左手螺旋。这个片段由六个交替的CG碱基对组成。1980年初     

非组蛋白蛋白质HMG_1和HMG_2可改变DNA的螺旋结构

在DNA处于共价闭合的情况下,小牛胸腺染色质内的二种非组蛋白蛋白质HMG_1和HMG_2可以降低环状DNA的螺旋数。这种情况显示,这些蛋白质可以对DNA的双股螺旋解旋     

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．     

组蛋白修饰在染色质复制过程中的作用

真核生物中的DNA复制,不但要保证DNA编码的基因组信息高保真复制,也要保证染色质结构所蕴含的表观遗传组稳定传递,这个过程对于维持基因组的完整性和稳定性至关重要。时至今日,人们对DNA复制的机制已经有了深入的认识,但是对染色质复制以及表观遗传信息传递的了解才刚刚开始。组蛋白是染色质结构中最主要的蛋白组成部分,其上面丰富的转录后修饰是表观遗传调控的核心方式之一。从最近几年组蛋白的修饰研究进展入手,主要综述在DNA复制过程中组蛋白修饰如何参与染色质复制的调控。     

同一课题组两篇Nature文章解释组蛋白修饰调节转录的新机制

DNA的转录有赖于两大对立力量的较量,一种为激活因子,通过乙酰化修饰组蛋白,它们可以松散DNA的螺旋结构,有利于RNA聚合酶的结合;另一种是抑制因子,它们可以修饰组蛋白,主要是组蛋白的甲基化修饰,从而招募去乙酰化酶,去掉激活类修饰,进而增加染色质的屏障作用。这种平衡一旦被打破就会导致     

真核细胞染色质的结构

真核细胞染色质的结构与功能,是细胞和分子生物学研究的中心课题之一,受到极为广泛的注意。最近五年内.在染色质结构方面的研究进展显著,取得了一些比较一致的结果。这些结果是:染色质的基本纤维是一条串珠状结构,它由无数个亚单位——核体(nucleosome)组成,核体是由一条 DNA 分子串联起来的。核体本身由大约200个碱基对 DNA 和五种组蛋白相结合组成,四种组蛋白(H2A,H2B,H3和 H4)缔合成八聚体或两个四聚体构成核     

核小体定位的转录调控功能研究进展

核小体是真核生物染色质的基本组成单位,组蛋白八聚体在DNA 双螺旋上精确位置称为核小体定位．核小体定位已被证实在基因转录调控、DNA复制与修复、调控进化等过程中扮演着重要的角色．随着染色质免疫共沉淀-芯片(ChIP-chip)与染色质免疫共沉淀-测序(ChIP-seq)等高通量技术的出现,已测定了多种模式生物全基因组核小体定位图谱,掀起了一股核小体定位及其功能的研究热潮,并取得了一定的成果．本文介绍了核小体定位的概念,总结了核小体在启动子与编码区域内定位的基本模式．在此基础上,综述了核小体定位在转录起始、转录延伸、基因表达模式多样化以及可变剪接等方面的功能研究进展．     

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。     

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。     

穴居狼蛛腿肌的显微和亚显微结构

用光学显微镜、电子显微镜和小角 X 射线衍射技术研究了穴居狼蛛(Lycosa singriensis)腿肌的构造。腿肌的肌原纤维显示 I 带和 A 带构成的典型的横纹,肌节长度比脊椎动物骨胳肌长得多,约为5.3μm。A 带中间存在 H 带和 M 线区。在肌原纤维中,长4.3μm,直径200(?)的粗肌丝排成中心间距为约600(?)的六角阵列,每根粗肌丝周围环绕着8—12根直径60(?)的纽肌丝。粗肌丝中心的显著浅染提示粗肌丝可能由肌球蛋白围绕着副肌球蛋白核心组成。X射线衍射实验结果指示,静息状态活肌肉中,肌球蛋白横桥形成435(?)重复螺旋,横桥水平的轴向间距为145(?)。静息状态在位固定的腿肌的电镜照片还显示与肌动蛋白细肌丝接触的肌球蛋白横桥,文中讨论了这一颇有兴趣的结果。     

大鼠老化过程大脑皮层及小脑神经元染色质构象分析

 本文在前文~[2]的基础上进一步以MCN和DNaseⅠ为探针研究大鼠脑神经元终末分化后不同生理时期染色质构象,结果表明:MCN酶解DNA产物PAGE显示脑老化过程大脑皮层及小脑神经元染色质核小体单体DNA分别保持在176bp和215bp水平,核小体连接DNA长度存在组织差异,但不受老化影响;<2>DNaseⅠ酶解DNA产物PAGE显示各年龄组大脑皮层及小脑神经元染色质DNA存在10bp间隔重复结构和相同的泳动区带分布特征,提示脑老化中染色质具有稳定的B型双螺旋结构和一致的螺线管卷曲形式。染色质DNaseⅠ降解率随年龄增加而降低,提示老化导致活性染色质区域减少,老化过程脑神经元染色质构象改变成为其转录功能减退的结构基础。     

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。     

H2AX活化与DNA双链断裂及辐射剂量的关系

H2AX是组蛋白H2A的一种亚型。过去对组蛋白的关注仅局限在维持染色质结构的认识方面,近来发现构成染色质核小体的组蛋白同时具有许多其他重要生物学功能,在DNA双链断裂修复中的作用就是最重要的发现之一。H2AX蛋白发挥其功能需要活化,活化后的H2AX称为γH2AX。检测γH2AX可以确定DNA双链断裂的存在,γH2AX的检测量与辐射剂量也存在良好的量效关系。     

组蛋白尾部的共价修饰

核小体是构成染色质的基本结构单位,它使得染色质中DNA、RNA和蛋白质组织成为一种致密的结构形式。其中组蛋白尾部区域常常发生形式多样的翻译后修饰。这包括乙酰化、磷酸化、甲基化、泛蛋白化以及ADP核糖基化。存在于一个或更多的组蛋白尾部的相应的修饰,形成了一种“组蛋白密码”,许多的蛋白质因子对其加以识别,从而引发一系列的下游过程。     

同源域的结构与功能

在过去的十年中,有关同源框（Homeobox)基因的研究进展异常迅速。同源框基因是控制动物胚胎发育的一类主控制基因。它们都含有一个由180个核苷酸组成的同源框序列;该序列编码的酸区域被称为同源域（Homeodomain)。同源框与同源域在所有后生动物中都高度保守。由于同源域涉及蛋白对DNA中特定核苷酸序列的识别与结合,对其结构与功能的研究有着重要的理论意义。本文综述了有关一些最新进展,包括同源域的三维结构、对DNA的识别模型、与DNA结合的特异性、其功能特异性、Antp同源域的跨膜转动及其在神经元分化中的作用等。（一）经过高分辨率的核磁共振技术和晶体X－射线衍射发现：它的结构包括螺旋I、螺旋I与II之间的连接环、螺旋II、转折区、螺旋Ⅲ、螺旋IV和呈无规则卷曲状态的两个末端;其中、螺旋I与Ⅱ之间,以6个氨基酸相连呈反向平等状态,螺纹旋Ⅲ、IV则与前两个螺旋垂直排列,而螺旋II与III则又紧密连接成一个螺旋－转折－螺旋的结构。另外,同源域的三维结构是同由一个疏水内核聚拢起来的。（二）经过核磁共振研究,建立了Antp同源域单体与14个碱基对DNA双螺旋之间结合的模型。该模型显示：Antp的识别螺旋（螺旋III与IV）在DNA双螺旋的大沟与DNA中ATTA序列的5′端结合,其N端的“臂”在双螺旋的小沟与ATTA序列的3′端结合,位于螺旋I与II之间的氨基酸环则在大沟另一侧与DNA的双螺旋骨架部分互相作用。（三）与同源域多肽相结合的DNA序列中大都含有一个四苷酸序列ATTA（在互补链上为TAAT）的核心结构花式序列,该序列能被不同的同源域蛋白有选择地结合,在该序列之前还有一个二核苷酸序列,可被不同的基酸残然识别。同源域这种结构特性决定了其功能特异性。这可能是以两种匠有机结合来决定的：一方面,不同的同源域蛋白在不同的辅助因子协助下共同完成对DNA的特异识别,另一方面,不同的同源域蛋白识别位点可以直接发挥作用。（四）值得注意的是,Antp同源域还能穿过神经元的细胞膜,进入到细胞核中,该过程不依赖于能量并且加速了神经元的形态分化。其机制还是一个迷。在LIM类和Hox类同源域中也观察到类似现象;很有可能,同源域在控制细胞分化的过程中起着关键作用。     

正常小鼠肝和腹水型肝癌细胞核内酸溶性蛋白质磷酸化的比较研究

染色质的组成成分,组蛋白和非组蛋白在特异的蛋白激酶作用下可以发生磷酸化修饰,组蛋白和非组蛋白的磷酸化和脱磷酸化可能在染色质的结构,基因表达以及DNA复制中起着重要的作用。本文比较是小鼠腹水型肝癌细胞核和正常小鼠肝细胞核内酸溶性蛋白质及其磷酸化的差异。正常小鼠肝细胞核酸溶性蛋白质的电泳染色图谱有一条明显可见的组蛋白H_1~0蛋白带,而对小鼠腹水型肝癌来说,此带极浅,但在腹水型肝癌细胞核酸溶性蛋白质的电泳染色图谱上可见到表观分子量约为68K的一条蛋白带,而正常小鼠肝未见此带。此外,从电泳胶片~(32)P放射自显影图谱可见腹水型肝癌组蛋白H_1,H_2A和非组蛋白带Ⅱ(MW43K),带Ⅲ(MW.67K)带Ⅳ(M.w.97K)磷酸化程度明显高于正常小鼠肝。     

北京鸭卵清蛋白基因调控的研究——Ⅰ.停产与产蛋的北京鸭肝脏和输卵管染色质蛋白质的比较

从停产和产蛋的北京鸭的肝和输卵管制备纯染色质。用0.4NH_2SO_4抽提组蛋白和酸溶性非组蛋白,剩余的非酸溶性非组蛋白用牛胰DNaseI消化DNA法制备。对染色质大分子含量的测定表明,非组蛋白和RNA的含量在产蛋鸭染色质中明显地增加了。用乙酸脲电泳分析,核心组蛋白成份在所有实验样品中都是恒定的,但在产蛋鸭肝和输卵管染色质组蛋白H_1呈两条区带,并且出现较多条酸溶性非组蛋白区带。用SDS电泳分析,产蛋鸭肝和输卵管染色质中出现分子量约20,000的非酸溶性非组蛋白。非组蛋白的这些变化,启示它们可能是控制基因活性的调节因素。     

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。

     

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。