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。     

染色质重塑和高等植物开花时间控制

染色质的结构和组成直接影响转录因子与基因启动子的结合,并最终导致基因的活化或沉默。多年来在酵母和动物等领域的研究已经证实,起关键调节作用的转录因子表达模式的建立和维持需要染色质重塑。外界和细胞内部信号介导的染色质重塑调控基因的表达,并最终调控细胞的分化和生物个体的发育。近几年人们发现高等植物也存在与动物和酵母同源的参与染色质重塑的蛋白质因子。最近的研究结果表明,决定高等植物开花时间关键基因的表达调控就是通过外界信号影响其染色质结构实现的。     

染色质重塑在植物顶端分生组织中的调控作用

高等植物的生长发育依赖于顶端分生组织的维持和定向分化。顶端分生组织一方面需要维持自身的结构,同时又需要通过特定细胞的分化来起始各种器官的发育,这就需要通过精准的调控来决定各个细胞的命运。其中,染色质重塑就是一类广泛参与这些命运决定过程的调控方式。染色质重塑通过形成一系列重塑复合体对染色质修饰进行精确控制,影响各类转录调节因子与染色质结合的难易程度,进而使细胞感受各种信号和环境剌激,并在调控基因时空特异性表达与沉默方面发挥重要作用,形成一系列分子开关。现概述染色质重塑参与顶端分生组织调控的最新研究进展,梳理参与该调控的各类途径及重要调控因子,并展望该领域未来的研究方向。     

叉头框(Fox)转录因子家族的结构与功能

叉头框(forkheadbox,Fox)蛋白家族是一类DNA结合区具有翼状螺旋结构的转录因子,目前已有17个亚族。Fox蛋白不仅能作为典型的转录因子通过招募共激活因子等调节基因转录,有些还能直接同凝聚染色质结合参与其重构,协同其他转录因子参与转录调节。PI3K-Akt/PKB、TGFβ-Smad和MAPKinase等多条信号通路都可以影响Fox蛋白的磷酸化水平,从而调节其活性。Fox蛋白在胚胎发育、细胞周期调控、糖类和脂类代谢、生物老化和免疫调节等多种生物学过程中发挥作用。     

高迁移率族蛋白A的特征及其在转录中的调控

高迁移率族蛋白A(high mobility group A,HMGA)家族由4种蛋白质组成,通常作为影响转录因子与染色质结合的辅助因子在转录调控中发挥作用。HMGA可以影响染色质的结构,并参与在DNA上装配大的多蛋白复合体,从而激活或抑制转录。该文介绍了HMGA的基因结构、特征、转录后修饰及其在真核和原核生物中的主要功能。     

ATP依赖的染色质改构复合物及其作用机制

染色质高度紧密的折叠阻止了转录因子和辅因子与DNA的结合, 因而通过染色质重塑以解除这样的抑制环境, 对于转录活动的正常进行是至关重要的。目前认为, 染色质重塑至少是通过两种机制来完成的, 一种是通过ATP依赖的染色质改构复合物, 另一种是通过对组蛋白尾部进行共价修饰的组蛋白修饰酶复合物。文章结合近年来的研究进展, 对前者进行染色质重塑的机制及两者在基因转录调控过程中如何相互协作等进行了论述。     

染色质重塑与肌肉分化

在真核生物中,基因组DNA是以染色质的状态存在和发挥作用的。目前的研究已经鉴定了多种可以调节染色质结构和功能的蛋白质和酶复合物,包括不依赖ATP的染色质修饰酶、依赖于ATP的染色质重塑复合物,以及募集DNA甲基化／去甲基化装置的核小体相关蛋白质复合物等。在骨骼肌分化过程中,MyoD家族和MEF2家族的转录因子起着重要作用。染色质修饰酶通过MyoD和MEF2介导的染色质重塑影响肌肉分化。     

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.     

细胞命运转化中的染色质重塑及其表观遗传调控机制

染色质重塑是重要的表观遗传调控机制,参与调控许多重要生物过程,但细胞命运转化中染色质变化模式及其调控机制并不清楚。围绕这一问题,江赐忠和高绍荣实验室研究了小鼠体细胞重编程及人胚胎干细胞(ESC)定向分化成神经外胚层细胞(NEC)中染色质重塑及其作用机制,取得一系列前沿性进展:揭示体细胞重编程中发生精确的核小体重塑,使之获得与ESC没有差别的染色质结构;绘制体细胞重编程中核心全能性转录因子Oct4的动态结合靶点与关键组蛋白修饰变化的分子路线图,及其两者互作对全能性获得与维持的调控机制;发现人ESC向NEC分化中,紧挨转录起始位点上游的核小体缺失区发生核小体丢失,激活NEC相关基因,组蛋白乙酰基转移酶KAT2B增加H3K9ac信号来招募转录因子Sox2结合到NEC特异靶点激活靶点基因,促进NEC分化。这些成果极大提高人们对细胞命运转化中染色质重塑及其表观遗传调控机制的认识。     

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。     

Class Ⅱ TCP转录因子的主要功能和分子调控机制

TCP家族作为一类植物特有的转录因子,广泛参与各类群植物多个阶段的生长发育调控.其中Class ⅡTCP转录因子亚家族在植物的叶片发育、侧枝形成及花发育中发挥核心调控功能.TCP转录因子的活性在转录和转录后水平上均受到复杂而严密的调控.同时,TCP转录因子可通过直接结合基因启动子和增强子,或改变染色质结构等多种方式精细...     

依赖ATP的染色质物理修饰

染色质重塑是基因表达调控过程中一个非常重要的环节 .染色质重塑主要包括 2种类型 :一种是依赖ATP的物理修饰 ,另一种是依赖共价结合反应的化学修饰 .依赖ATP的物理修饰主要是利用ATP水解释放的能量 ,使DNA超螺旋旋矩和旋相发生变化 ,使转录因子更易接近并结合核小体DNA ,从而调控基因的转录过程     

核小体定位研究进展

核小体定位在诸如转录调控、DNA复制和修复等多种细胞过程中起着重要作用。基因组上核小体位置的确定涉及DNA、转录因子、组蛋白修饰酶和染色质重塑复合体之间的相互作用。核小体定位、组蛋白修饰、染色质重塑等问题已成为目前遗传学研究的热点——表观遗传学——的重要研究内容。文章从核小体定位基本概念、核小体定位与基因表达调控的关系、核小体定位实验研究和理论预测工作等几个方面总结了核小体定位的最新研究进展。     

综述: 表观遗传之染色质重塑

真核细胞中的染色质重塑因子种类繁多,多数以蛋白多聚体的形式存在于细胞中．不同的染色质重塑因子在特定时间定位于特定的核小体上,通过改变染色质结构,影响基因转录活性,进而确保细胞内各种生物学过程的正确运行．另外,染色质重塑因子根据所含功能结构域的不同,大致分为SWI/SNF、ISWI、CHD和INO80四大家族,不同的染色质重塑因子之间既有蛋白质结构和酶活性的相似性,各自又有其特异性．本综述的宗旨在于全面概括和总结染色质重塑因子的分类、结构特点以及其在细胞内的生物学功能,为深入研究染色质重塑因子的生物学功能,尤其是在发育和疾病发生中的作用机制提供理论基础．     

表观遗传之染色质重塑

真核细胞中的染色质重塑因子种类繁多,多数以蛋白多聚体的形式存在于细胞中.不同的染色质重塑因子在特定时间定位于特定的核小体上,通过改变染色质结构,影响基因转录活性,进而确保细胞内各种生物学过程的正确运行.另外,染色质重塑因子根据所含功能结构域的不同,大致分为SWI/SNF、ISWI、CHD和INO80四大家族,不同的染色质重塑因子之间既有蛋白质结构和酶活性的相似性,各自又有其特异性.本综述的宗旨在于全面概括和总结染色质重塑因子的分类、结构特点以及其在细胞内的生物学功能,为深入研究染色质重塑因子的生物学功能,尤其是在发育和疾病发生中的作用机制提供理论基础.     

增强子RNA的功能特性及其在人类疾病中的重要调控作用

增强子是基因组上一段可以被转录调控蛋白识别并结合的区域,作为顺式调控元件和启动子共同参与基因转录过程。增强子在激活状态下,打开局部染色质并暴露DNA基序以吸引转录因子,从而进一步招募RNA聚合酶产生一类非编码RNA,即增强子RNA(enhancer RNA,eRNA)。eRNA可促进增强子与启动子特异性染色质远程互作参与基因转录调节,或与转录因子等调控蛋白结合促进基因转录,具有多样的功能和调控机制,从而在细胞的发育和分化、疾病发生发展等众多生物过程中起重要作用。该文就e RNA特性、功能、鉴定、数据库资源,以及eRNA在人类神经系统疾病、癌症、免疫代谢类疾病、心血管疾病等中的功能作用研究进展作一系统综述,探讨eRNA的未来研究方向,及在疾病中作为潜在治疗靶点的可能及目前存在的挑战。     

染色质互作相关转录因子的挖掘及功能分析

染色质互作是真核生物基因组组装的基础,并且在调控真核基因细胞特异性表达中发挥重要作用.染色质互作的发生与特定的蛋白质有关,目前已经发现CTCF (CCCTC binding facor,转录阻抑物)和黏连蛋白与染色质互作相关,然而并不清楚是否还有其他蛋白质参与染色质互作.我们将整合高通量染色体构象捕获(Hi-C)和染色质免疫沉淀-测序(ChIP-seq)数据,在GM12878和K562细胞系中挖掘与染色质互作相关的转录因子,并对发现的转录因子做功能分析.我们在频繁发生互作的染色质位点中发现RUNX3、SPI1等转录因子也可能参与染色质互作.另外,通过FP-growth的数据挖掘方法还发现多个转录因子可能协同作用参与染色质互作.研究结果将为染色质互作相关实验的开展提供先验知识.     

CNR转录因子在番茄果实成熟过程中的功能

SPL转录因子在植物中广泛存在并参与植物生长、发育和成熟过程,CNR是SPL转录因子家族中的一个成员,其作用机制尚不清楚.通过RNA-seq、qRT-PCR和染色质免疫共沉淀技术(ChIP)确定转录因子CNR直接作用的新的靶基因,旨在揭示番茄果实成熟过程中CNR的转录调控网络.通过RNA-seq筛选出野生型AC和突变体...     

KAP-1:转录调控中的一个桥梁分子

KAP-1(又称TIF1b, TRIM28等)是一种转录中介因子, 在诸多转录调控复合体中起桥梁作用。它通过其N端RBCC结构域与含KRAB结构域的锌指蛋白、MDM2、MM1、C/EBPb等相互作用; 通过C端的PHD及BrD结构域与SETDB1、Mi-2a等分子相互作用, 参与形成具有组蛋白甲基化酶或组蛋白去乙酰化酶活性的复合体; 通过中间的HP1BD区域与HP1蛋白相互作用, 进而与组蛋白相结合。大量研究表明, KAP-1作为一个桥梁分子, 主要以共抑制因子形式参与转录抑制复合体的形成, 在某些复合体中也可作为共激活因子发挥作用。KAP-1参与形成的复合体在精细胞发育、胚胎早期发育等生理过程中发挥重要的调控作用, 这种调控属于表观遗传调控范畴。     

生物大分子“液–液相分离”调控染色质三维空间结构和功能

生物大分子的相分离聚集(简称相分离)是驱动细胞内无膜细胞器形成的主要机制,参与众多生物学过程并和多种人类疾病密切相关,如神经退行性疾病等。近年来,研究人员围绕相分离现象的分子机制和生物学功能,发现了相分离与信号传导、染色质结构、基因表达、转录调控等一系列生物学过程存在紧密关联,为理解细胞命运决定和疾病发生提供了新的视角,为疾病治疗和新药研发开辟了新的可能途径。本文在回顾了相分离研究的发展过程、相分离现象在生物学中的应用,以及相分离与疾病的关系的基础上,重点分析了近年来相分离与染色质结构关联方面的研究突破,包括相分离如何感知并重塑染色质结构、超级增强子如何通过相分离调节基因表达、共转录激活因子如何通过相分离参与基因表达调控等,以期为进一步理解相分离与染色质空间结构的关系提供参考。