染色质结构与基因表达调控

ＣｈｒｏｍａｔｉｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＧｅｎｅＥｘｐｒｅｓｉｏｎＨＵＪｉａｎ－ＧｕａｎｇＹＡＮＧＪｉｎ－Ｓｈｕｉ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｎｅｔｉｃｓ,ＦｕｄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ,Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４３３）真核细胞中ＤＮＡ与蛋白质结合形...     

浅谈染色质高级结构与基因转录的远程调控

精确的基因表达调控是细胞分化、个体发育和细胞维持正常生命活动的必要条件,转录调控是真核细胞基因表达调控最关键的环节,其神秘和精深吸引着无数科学家为之奋斗不已。染色质构象捕获及其衍生技术的建立和2003年启动的\"DNA元件百科全书\"计划,将人们对基因转录调控的认识从二维层面推向三维空间。基因组中分布着众多调控元件,它们与所调控的靶基因间可相距几万甚至几十万个核苷酸,可以与靶基因位于相同或不同的染色体上。依据染色质环模型,调控元件可通过染色质环高级结构,与靶基因在空间上充分接近并相互作用,发挥其调控功能。同一个调控元件可以调控不同的靶基因,而相同的基因亦可能受不同调控元件的调节,由此细胞在染色质高级结构层面形成了一个复杂的调节基因转录活性的三维网络。该文分别从基因远程调控现象的发现、研究方法、相关机制及面临的挑战等方面作一简要综述。     

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。     

生物大分子相分离在植物中的研究进展

细胞中存在种类繁多的无膜细胞器,在感知环境信号,基因表达调控,RNA加工等过程中发挥了重要的作用,而生物大分子相分离被证明是无膜细胞器形成的主要方式。文章介绍了生物大分子相分离的概念与特征,总结了有关相分离在植物对环境信号响应中的研究进展,并对相分离在植物中的生物学功能进行了分类,以期解析相分离在植物生长发育和逆境适应中的作用机理,揭示植物无膜细胞器的本质与功能。     

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．     

染色质重塑复合物SAGA及其同源物的功能

基因表达调控是生物体生长发育的一个重要环节.在这一过程中,染色质重塑复合物扮演了非常重要的作用.SAGA是一个至少由20个蛋白组成的不依赖ATP的多功能染色质重塑复合物,它通过对组蛋白H3和H2B氨基末端赖氨酸乙酰化修饰来松动染色质结构,从而促进基因转录的起始.目前,对SAGA及其同源物的研究表明,SAGA及其同源物参与了许多重要的生物学功能,如mRNA输出、DNA损伤修复、胚胎发育、细胞癌变等.     

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。     

Hi-C技术在三维基因组学和疾病致病机理研究中的应用

三维基因组学在基因组序列、基因结构及其调控元件的基础上对细胞核内的染色质的三维空间结构进行研究。染色体的空间交互作用是基因表达调控的重要因素,随着高通量染色体构象捕获(high-throughput chromosome conformation capture,Hi-C)技术及其衍生技术的出现和快速发展,借助Hi-C技术获取高通量三维基因组学数据,对基因表达调控等生物过程进行研究,已成为揭示细胞深层机制、阐明疾病致病机理的重要手段。本文在介绍三维基因组的发展历程和研究技术的基础上,重点总结了近年来Hi-C技术在多种疾病研究、特别是致病机理阐释方面的应用和成果,为深入理解三维基因组学在构建全局基因调控图谱、挖掘疾病致病机理方面的应用提供参考和借鉴。     

体内甲醛交联及染色质免疫沉淀--研究DNA和蛋白质作用的新方法

甲醛交联及染色质免疫沉淀作用研究体内DNA和蛋白质相互作用的一种新方法,在染色质结构研究中获得了广泛的应用。该方法利用甲醛固定活细胞中的DNA与蛋白质,通过免疫沉淀分离复合物,从而分析蛋白质及其体内的DNA结合序列。     

表观遗传调控：基于染色质环境的DNA双链断裂修复

DNA双链断裂（DNA double-strand breaks, DSBs）是威胁基因组完整性和细胞存活的最有害的DNA损伤类型。同源重组（homologous recombination,HR）和非同源末端连接（non-homologous end joining,NHEJ）是修复DNA双链断裂的两种主要途径。DSB修复涉及到损伤部位修复蛋白的募集和染色质结构的改变。在DNA双链断裂诱导下,染色质结构的动态变化在时间和空间上受到严格调控,进而对DNA双链断裂修复过程进行精细调节。特定的染色质修饰形成利于修复的染色质状态,有助于DNA双链断裂修复机器的招募、修复途径的选择和DNA损伤检查点的活化;其中修复途径的选择对于基因组稳定性至关重要。修复不当或失败可导致基因组不稳定性,甚至促进肿瘤的发生。本文综述了染色质结构和染色质修饰的动态变化在DSB修复中的重要作用。此外,文章还总结了在癌症治疗中靶向关键染色质调控因子在基因组稳定性维持、肿瘤发生发展以及潜在临床应用价值等方面的进展。     

生物大分子“液-液”相分离:现状与展望

生物大分子"液-液"相分离是近年来在生命科学领域迅速发展起来的新概念。相分离概念的提出,为我们深入理解细胞内生物大分子的组织模式和功能调控提供了新的观点和研究工具,因此迅速成为生命科学领域的研究前沿。但是围绕生物大分子相分离的生物物理学特性及其在细胞中扮演的角色仍有很多未解之谜。该文对近年来生物大分子相分离的相关研究进行了综述,对其在细胞中的功能和未来的发展趋势进行了初步探讨和展望。     

E—选择素基因结构功能,表达调控和构效关系

Ｅ－选择素分子为粘附分子选择素家族成员之一,其基因全长约１３ｋｂ由１４外显子和１３内含子组成,定位于人１员染色体ｑ１２〉ｑｔｅｒ区,基因及分子结构表现出多态性,表达受ＮＦ－кＢ等正调控因子和ＡＴＦａＯ等负调控因子的调控,分子内不同结构域对Ｅ－选择素粘附功能的影响有等进一步阐明。     

原钙粘蛋白基因簇调控区域中成簇的CTCF结合位点分析

哺乳动物中原钙粘蛋白(Protocadherin, Pcdh)基因簇包含50多个串联排列的基因,这些基因形成3个紧密相连的基因簇(Pcdhα、Pcdhβ和Pcdhγ),所编码的原钙粘蛋白质群在神经元多样性(Neuronal diversity)和单细胞特异性(Single cell identity)以及神经突触信号转导中发挥重要作用。前期的工作已证实转录因子CTCF(CCCTC-binding factor)与CTCF结合位点(CTCF-binding site, CBS)的方向性结合能够决定增强子和启动子环化的方向以及其远距离交互作用的特异性,并进一步在Pcdh基因座(Locus)形成两个(Pcdhα和Pcdhγ)染色质拓扑结构域(CTCF/cohesin- mediated chromatin domain, CCD),而且染色质拓扑结构域对于控制基因表达调控至关重要。本文通过生物信息学方法对比人类和小鼠序列,发现Pcdhβγ染色质拓扑结构域调控区域中的DNase I超敏位点(DNase I hypersensitive sites, HSs)较为保守。染色质免疫沉淀及大规模测序实验(Chromatin immunoprecipitation and massive parallel sequencing, ChIP-Seq)揭示CBS位点在Pcdhβγ调控区域中成簇分布并且具有相同的方向。凝胶电泳迁移实验(Electrophoresis mobility shift assay, EMSA)确定Pcdhβγ调控区域内具体的42 bp CBS位点并且发现一个CTCF峰包含两个CBS位点。在全基因组范围内,运用计算生物学方法分析CTCF和增强子、启动子等调控元件的关系,发现CBS位点在调控元件附近有较多分布,推测CTCF通过介导增强子和启动子的特异性交互作用,在细胞核三维基因组内形成活性转录枢纽调控基因精准表达。     

CHD7对发育和疾病的表观遗传调控研究进展

染色质重塑是指染色质通过其结构的动态变化影响基因组DNA的可接近性,进而影响DNA复制、转录、修复和重组的过程,属于表观遗传调控。染色质域解旋酶DNA结合蛋白7(CHD7)是一种ATP依赖的染色质重塑酶,能够调控发育过程中多种重要转录因子,广泛参与众多生理过程。本文对CHD7在发育和疾病当中的表观遗传调控作用进行简要概述。     

结合基因表达数据和ChIP-chip数据的酵母转录调控模块的识别

活细胞依赖其众多的转录调控模块来实现复杂的生物功能,识别转录调控模块对深入理解细胞的功能及其转录机制有着重要的意义。本文结合酵母基因表达数据和ChIP-chip数据,提出了一种转录调控模块识别算法。该算法通过采用不同的P值阈值分别得到了核心集和粗糙集,然后对核心集和粗糙集进行判别,最后对基因进行扩展之后得到基因转录调控模块。将该算法运用到两个酵母基因表达数据中,得到了一些具有显著生物学意义的基因转录调控模块。与其它算法相比,该算法不仅可以识别含有较多基因的转录调控模块,而且可以识别一些其它算法不能识别的基因转录调控模块。识别得到的基因转录调控模块有着不同的生物学功能,并且有助于进一步理解酵母的转录调控机制。     

PCBP1在基因表达过程中的功能和作用机理

Poly（C）-binding protein 1 （PCBP 1）是一种RNA结合蛋白,其蛋白质相对分子质量约为38000。PCBP1含三个KH（hnRNP K homology）结构域,这些结构域对其结合RNA有重要作用。PCBP1的功能主要是参与基因转录及转录后调节,如前体mRNA的剪切、mRNA稳定性、mRNA翻译过程的沉默或增强等。本文主要对PCBP1参与的信号通路以及与人类疾病的关系进行综述,试图阐明PCBP1的生物学功能和作用机理。     

黑曲霉糖化酶基因表达调控的研究：Ⅱ.A.niger T21和3.795glaA基因 …

对糖化酶高产菌株Ａ．ｎｉｇｅｒＴ２１和原始菌株Ａ．ｎｉｇｅｒ３．７９５和ｇｌａＡ５′上游区的序列分析证明,两者在１．５ｋｂ的区域内有９个部位的碱基不同。为考察这些碱基差异是否是引起Ｔ２１ｇｌａＡ基因转录水平提高的原因,构建了以Ｔ２１和３．７９５ａｌａＡ基因转录调控区及Ａ．ｎｉｄｕｌａｎｓ ｔｒｐＣ基因终止子为表达元件的Ｅ．ｃｏｌｉ ｈｐｈ基因表达载体（ｐＸＨ１２和ｐＧＨ１）,用ｐＸＨ２和ｐＧＨ１分     

KRAB型锌指蛋白在高等脊椎动物胚胎发育和肿瘤发生、发展中的调控功能

KRAB型锌指蛋白(KRAB-ZFPs)最早出现于四足类脊椎动物, 且进化非常迅速, 是人类基因组编码的最大转录因子家族。尽管当前对此家族蛋白发挥调控功能的分子机制已有较为深入的研究, 但关于此家族蛋白所具备的高等脊椎动物特有的调控功能目前尚无全面系统的认识。文章对KRAB型锌指蛋白在高等脊椎动物的胚胎发育及肿瘤发生、发展中发挥的调控功能进行综述, 以期丰富对该家族蛋白在不同生理、病理过程中调控功能的认识, 为今后更深入的理论和应用研究打下坚实基础。     

产电微生物基因调控网络的构建和特异性通路分析

研究产电微生物胞外电子传递过程和机制,发现与产电效率相关的关键基因、通路和代谢物,是微生物燃料电池研究中的关键技术。为了发现在胞外电子传递过程中起到关键作用的基因以及通路,首先利用比较基因组学的方法,以模式微生物大肠杆菌和同属希瓦氏菌的其他菌株为参考,构建了Shewanella.onedensis MR-1的全基因组基因转录调控网络,大大扩展了目前已知的基因调控关系。然后以此网络为基础,结合基于蛋白质相互作用分析得到的胞外电子传递通路,构建了与胞外电子传递直接传递密切相关的细胞色素C编码基因及其相关调控基因构成的子网络,结合全基因组基因表达数据,研究了特异性条件下胞外电子传递的可能通路和基因调控过程。