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。     

长链非编码RNA通过细胞核高级结构调控真核基因表达及其临床意义

长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)是一类转录本长度超过200nt、不编码蛋白质的RNA。近年来,随着染色质构象捕获及转录组测序等技术的发展,lncRNA与染色质构象间的关系越来越受到重视。多项研究表明,lncRNA在基因调控网络中具有重要的作用,可通过影响细胞核高级结构的动态变化来调控真核基因的表达。因其广泛的基因调控功能及在肿瘤发生过程中的重要作用,lncRNA被认为是未来肿瘤临床诊断和预后判定的新型标志物之一。本文旨在介绍lncRNA改变细胞核高级结构从而调控关键基因表达的分子机制,并详细介绍lncRNA在肿瘤治疗中的临床意义。     

长非编码RNA与蛋白质的相互作用

长非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类长度大于200个核苷酸但缺乏蛋白质编码潜力的调控型RNA。lncRNA在真核生物基因组中广泛转录,并且能够在多种层次以灵活的方式对基因表达进行调控。lncRNA能够与染色质修饰复合物及转录因子等蛋白质相互作用,这种相互作用提高了基因表达调控的灵活性和复杂性。本文将介绍部分具有代表性的lncRNA-蛋白质相互作用及其在基因表达调控中的作用。     

不同亚细胞结构中的长非编码RNA

长非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)是长度大于200 nt的非编码RNA,最初被认为是不具有生物学功能的转录"垃圾".随着研究的深入,发现lncRNA参与了许多生物学调控过程,例如染色体沉默、染色质修饰、转录激活与干扰等.这些生物学调控过程与lncRNA的结构及时空特异性表达密切相关...     

CTCF和cohesin参与人成纤维细胞中HOXA基因簇染色质高级构象的组织

位于人体不同部位的成纤维细胞具有细胞特异性的HOX基因表达模式,可以作为区分不同成纤维细胞的依据之一.在个体发育的过程中,建立或维持不同HOX基因表达模式的机制始终是引人关注的问题.本实验室前期工作在NT2/D1人畸胎瘤细胞中证明了CTCF/cohesin介导的染色质高级构象在维甲酸诱导的HOXA基因共线性开启过程中发挥了重要作用.为了进一步研究原代细胞中CTCF/cohesin对HOXA基因的调控作用,本研究选取了来自体轴不同部位并且HOXA基因表达模式互补的人胚肺和包皮成纤维细胞,对HOXA基因簇中CTCF和cohesin的结合水平以及相关的染色质高级构象进行了检测.与人胚肺成纤维细胞相比,包皮成纤维细胞中的cohesin结合水平较低,相关的染色质高级构象比较"开放",并且主要表达5′端的HOXA基因.本研究还发现CTCF结合位点CBSA56处于HOXA基因簇染色质高级构象中的核心位置,并且该位点参与的染色质相互作用在两种成纤维细胞中呈现出明显的差异,说明CBSA56是一个关键的CTCF结合位点.以上结果表明,CTCF和cohesin参与了人原代成纤维细胞中HOXA基因簇染色质高级构象的组织和HOXA基因的表达调控,并且提示细胞类型特异性的染色质高级构象与HOXA基因的空间共线性表达模式之间存在协同关系.     

RNA修饰对长链非编码RNA的调控作用

长链非编码RNA (lncRNA)能在表观遗传、转录以及转录后水平上调控基因表达,与疾病的发生、发展和防治有着密切的联系。RNA修饰介导的表观转录组学调控是表观遗传的新领域,可以在转录后水平调控基因表达,并且可以作为一种重要的修饰手段对lncRNA进行调控。RNA修饰可以通过对lncRNA表达水平、剪切方式及二级结构的调控,影响各种生物学进程。现回顾和展望RNA修饰对lncRNA的调控作用和其潜在的生物学功能。     

染色质构象捕获及其衍生技术

染色质的构象在基因表达调节方面起重要作用．介绍了染色质构象捕获、环状染色质构象捕获、3C碳拷贝、ChIP-loop、ChIA-PET和Hi-C等技术的基本原理及发展历程,对影响实验结果准确性的主要因素进行了分析．目的是为在三维层面研究基因的表达调控介绍新的研究手段,为功能研究提供新思路,也为相关技术的应用提供理论参考．     

通过系统分析揭示组蛋白修饰模式与转录因子结合之间的关联

转录因子对顺势调控元件的选择性结合,在哺乳动物细胞类型特异的基因表达中扮演重要的角色.这个过程受到染色质表观遗传状态的潜在调控.近期,染色质免疫共沉淀结合测序的研究提供了大量泛基因组水平的数据,阐述转录因子结合以及组蛋白修饰的位点,这为系统地研究转录因子和表观遗传标记之间的空间及调控关系提供了基础.该研究对公共数据库中的染色质免疫共沉淀结合测序数据进行整合分析,涉及5个细胞系中的85种转录因子、9种组蛋白修饰,目的是研究转录因子结合位点与组蛋白修饰模式以及基因表达在泛基因组水平上的关联.作者发现,不同转录因子与组蛋白修饰的共定位模式高度一致,并且组蛋白修饰在距离转录因子结合位点约500碱基对的位置富集.作者还发现,转录因子结合位点的占有率与活性组蛋白修饰的水平和双峰模式正相关,并且启动子区域组蛋白修饰的双峰和共定位模式和基因的高转录水平相一致.组蛋白修饰模式、转录因子结合位点的占有率与基因转录之间的关联暗示了细胞可能利用的基因表达调控机制.     

三维基因组染色质构象捕获及其衍生技术

线性染色质经过多重折叠凝缩到真核生物的细胞核中,染色质的三维构象直接决定了真核生物的基因表达,因此染色质可以在局部或远程空间上发生互作调控基因转录。折叠成环状构象的染色质可以借助染色质构象捕获 (Chromosome conformation capture,3C) 技术来研究,基于3C技术扩展的4C/5C/Hi-C从单个位点延伸到全基因组捕捉三维构象,在此基础上,染色质构象核心技术可以与免疫共沉淀、核酸分子杂交、单细胞、基因组测序等技术偶联而产生新的衍生技术和应用,这极大地推动了染色质构象技术在基因时空特异性表达调控上的研究。文中将以3C和Hi-C等三维基因组核心技术为基础,重点介绍染色质构象捕获及其衍生技术的原理和前沿应用。     

染色质构象解析技术——Hi-C及染色质构象信息提取

真核生物染色质在核内的空间组织形式能影响DNA的空间分布,因而对基因转录、DNA复制等生物学过程具有调节作用。目前对这种空间上高度有序的基因组结构的认识还是粗糙的、碎片式的和不完整的。近年,利用染色质构象捕获技术发展起来的衍生技术——Hi-C技术,是一种研究全基因组范围的染色质相互作用以及探明全基因组的三维结构的分析技术。利用Hi-C技术能够对染色质内部或所有染色质之间的相互作用进行精细分析,从而把基因表达调控引入到空间的、全局性的研究层面,为全面解析与DNA有关的生物学过程的机理开启新的契机。本文主要阐述染色质构象解析技术Hi-C的实验原理、数据处理以及染色质构象信息提取,包括染色质内相互作用情况分析、全基因组基因活性分类、拓扑关联结构域(TAD)和染色质环(chromatin loop),介绍染色质构象信息与基因调控研究方面的国际前沿进展。     

转座元件、表观遗传调控与细胞命运决定

转座元件是哺乳动物基因组内含量最多的元素。尽管转座元件的存在对基因组稳定性具有潜在的危险,但它们同时还是潜在的基因调控序列、蛋白质编码序列和染色质结构序列,并参与物种进化过程。因此,基因组中转座元件的有害性和有益性保持着谨慎的平衡,并且这种平衡主要由表观遗传修饰来调控。本文详细介绍了异染色质类型表观遗传修饰如H3K9me3和DNA甲基化在转座元件沉默中的功能;转座元件作为增强子元件富集激活型表观遗传修饰如H3K4me1和H3K27ac,以及作为转录因子结合靶点、染色质构象锚点等方式参与基因表达调控的模式;从体内胚胎发育到体外细胞命运转变,阐述了转座元件在细胞命运决定中的潜在功能及作用方式;最后,对转座元件领域研究存在的挑战及潜在解决方法提出了见解。总之,本文对转座元件与表观遗传、基因表达调控以及细胞命运决定等方面的研究及存在的问题进行了较全面的综述,旨在为相关领域的研究人员提供参考。     

影响染色体三维结构的主要因素及其研究进展

染色体的三维结构与基因表达的精准调控密切相关,染色体空间结构的改变也常会影响细胞中多种生物学活动的有序进行.近年来,染色质空间构象捕获技术和测序技术的发展,使得三维基因组学的研究取得一系列进展.科学家们发现,染色质逐级折叠压缩,具有严密的层级结构,而影响染色质三维结构的因素则涉及DNA序列和蛋白复合体等多个方面.本文综述了影响三维基因组结构的主要因素,包括一维基因组层面上的DNA序列及其共价修饰、与基因结构以及顺式调控元件相互作用的蛋白复合体、核小体排布与组蛋白修饰以及在有丝分裂和染色体多倍化等过程中特有的三维结构变化等多个方面.通过总结这些因素如何影响染色体的三维结构以及相关的研究现状,揭示了染色体三维结构研究的重要作用.本文还简要总结了三维基因组学研究所面临的主要问题,并据此展望该领域将来的主要研究方向和可能的应用前景.     

染色质结构与珠蛋白基因表达调控

综述了β－珠蛋白基因表达调控中,与染色质结构调控相关的区域,染色质重组复合体,染色质修饰等因素及它们之间协同作用的研究。     

植物表观遗传修饰与病原菌胁迫应答研究进展

真核生物基因表达受到染色质结构的调控,组蛋白与DNA的共价修饰构成表观遗传标签,并在植物胁迫应答如防御病原菌侵染过程中起重要作用.病原菌侵染可引起基因组整体DNA甲基化模式变化及胁迫应答基因的位点特异性去甲基化,导致植物抗性基因表达上调或下调,并进一步调控植物对病原菌的胁迫应答;组蛋白去乙酰化酶HDAC通过茉莉酸途径增强植物对病原菌的胁迫应答;此外,染色质重塑复合物Swr1复合体通过识别DNA基元和组蛋白乙酰化修饰状态靶向基因启动子,负调控SA敏感基因.该文从DNA甲基化、组蛋白乙酰化、甲基化修饰,染色质重塑等方面着重阐述植物与病原菌互作过程中发生的主要事件的分子基础及其研究进展.     

染色质构象与基因功能

在真核细胞中,DNA序列以染色质为载体,高度凝缩并存储于细胞核内,其复制、修复和转录表达等过程受到染色质构象的精准调控。越来越多的研究表明,特定的染色质构象可选择性激活或沉默基因,从而控制细胞自我维持或定向分化,决定细胞的组织特异性和细胞命运。因此,对染色质构象的深入研究已成为准确解析基因功能的一个关键切入点,也是当前基因组学研究所面临的一个巨大挑战。本文对染色质构象的研究历史、结构特征、动态调控机制进行了综述,并重点论述了不同维度构象特征对基因转录调控的影响,对该领域的研究难点进行了讨论,展望了其未来的发展方向,期望通过有效梳理染色质构象与基因调控之间的脉络关系,为未来该领域的研究提供参考。     

长链非编码RNA的作用机制及其研究方法

长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)通过多种机制发挥其生物学功能, 这些机制包括基因印记、染色质重塑、细胞周期调控、剪接调控、mRNA降解和翻译调控等。lncRNA通过这些作用机制在不同水平进行基因表达调控。在研究lncRNA功能的过程中, 研究方法的建立和应用起着非常重要的作用。目前用于lncRNA研究的主要方法有：微阵列、转录组测序、Northern印迹、实时荧光定量逆转录-聚合酶链反应、荧光原位杂交、RNA干扰和RNA结合蛋白免疫沉淀等。文章着重介绍了3种前沿方法, 即：在线快速预测RNA与蛋白质相互作用的catRAPID、RNA纯化的染色质分离(Chromatin isolation by RNA purification, ChIRP)以及非编码RNA沉默与定位分析技术(Combined knockdown and localization analysis of non-coding RNAs, c-KLAN)。     

DNA甲基化修饰研究概述

DNA甲基化修饰作为一种重要的表观遗传修饰,能通过影响染色质结构,DNA构象、稳定性以及与蛋白质相互作用方式等,起到调控基因表达的作用。在正常的生理条件以及一些疾病发生过程中均起着重要作用。本文概述了DNA甲基化修饰的动态变化,并着重论述了最近的一项与DNA修饰有着密切关系的发现。TET1是一个5mC加氧酶,可以将5mC转变为5hmC,在DNA去甲基化过程中可能扮演着重要角色。     

DNA甲基化与基因表达调控研究进展

表观遗传修饰是指不改变DNA序列的、可遗传的对碱基和组蛋白的化学修饰,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑以及非编码RNA等.表观遗传修饰是更高层次的基因表达调控手段.DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,参与基因表达调控、基因印记、转座子沉默、X染色体失活以及癌症发生等重要生物学过程.近年来随着研究方法和技术的进步,全基因组DNA甲基化的研究广泛兴起,多个物种全基因组甲基化图谱被破译,全局水平对DNA甲基化的研究不仅利于在宏观层面上了解DNA甲基化的特性与规律,同时也为深入分析DNA甲基化的生物学功能与调控奠定了基础.结合最新研究进展综述DNA甲基化在基因组中的分布模式、规律以及和基因转录的关系等.     

组蛋白乙酰化/去乙酰化与基因表达调控

组蛋白是真核生物染色质的主要成分,组蛋白修饰(如甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等)在真核生物基因表达调控中发挥着重要的作用.在这些修饰中,组蛋白乙酰化/去乙酰化尤为重要.组蛋白乙酰化/去乙酰化可通过改变染色质周围电荷或参与染色质构型重建而影响基因表达;更重要的是组蛋白乙酰化/去乙酰化可形成一种特殊的“密码”,被其它蛋白质识别,影响多种蛋白质因子的活动或与其相互作用,参与到基因表达调控的整个网络中.     

干细胞衰老的表观遗传调控

干细胞衰老理论认为,组织器官特异的成体干细胞随着衰老出现功能性衰退,从而导致组织器官生理功能的衰退甚至衰老相关疾病的发生.表观遗传机制通过精密调控基因表达,在成体干细胞的衰老过程中发挥着重要作用.近年来,机体衰老过程中成体干细胞的表观遗传调控已经成为衰老研究的热点.本综述主要总结了衰老过程中成体干细胞命运的表观遗传调控,并详细介绍了DNA甲基化与组蛋白共价修饰在成体干细胞衰老中的作用,以期为深入认识衰老本质、实现健康长寿提供启示.