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。     

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     

体外装配核小体过程组蛋白浓度依赖的动力学模型

为探索组蛋白浓度对核小体体外装配的影响,本研究表达纯化了4种组蛋白,通过控制实验反应体系中组蛋白的浓度,利用盐透析法在体外装配了核小体,检测分析了组蛋白浓度与核小体组装效率的关系。以此实验数据为基础,提出了核小体组装过程组蛋白浓度依赖性的动力学模型。实验结果发现,反应体系中组蛋白浓度与核小体生成量呈典型的线性关系。依据动力学理论模型,进行线性回归拟合,回归系数达到0.963;经计算601 DNA序列组装核小体的反应速率常数k为1.49×10^-5mL·h·μg^-1。CS1序列验证动力学模型的线性回归相关系数为0.989,反应速率常数为1.52×10^-5mL·h·μg^-1。该实验方法及动力学模型中反应速率常数k可用于评价相同长度的DNA序列组装核小体的能力、组蛋白与其突变体以及组蛋白变体之间形成核小体结构能力的差异。该动力学模型的建立为理解核小体装配、核小体定位、染色质结构等相关问题提供了理论指导。     

染色质结构与mRNA可变剪接

mRNA的可变剪接(alternative splicing)是一种由一个mRNA前体(pre-mRNA)通过不同的剪接方式产生多个mRNA变异体(variants)的RNA加工过程。在过去很长一段时间里,人们认为mRNA剪接过程是独立于转录过程的一个转录后RNA加工过程。然而,越来越多的实验证明mRNA剪接在很大程度上是与转录偶联发生的。因此,剪接调控会受到与转录相关因素的调控。本文将对染色质与mRNA剪接调控的相关性和染色质结构调控可变剪接的分子机制进行阐述。     

非细胞体系核重建并非必需核小体与染色质的装配

以质粒DNA在爪蟾卵提取物S- 1 5 0中进行核小体构建时形成的超螺旋结构检测核小体的形成 ;利用阳离子交换剂CM -Cellulose定量结合组蛋白H2A和H2B ;并结合小球菌核酸酶分析核小体的形成 ,研究了爪蟾去膜精子在去除H2A ,H2B的S- 1 5 0中的核重建过程 .结果表明CM -Cellulose可有效去除组蛋白并阻止质粒DNA的核小体构建和精子染色质的改建 .但处理后的S- 1 5 0与膜泡组分仍可诱导去膜精子进行体外核重建 ,进一步表明非细胞体系核重建与外源DNA长度无关 ;核小体及染色质的组装对于核重建并非必需 .     

染色质修饰酶在记忆中的作用

学习记忆的形成依赖于转录机制.近年研究发现,染色质修饰在基因表达调节中起重要作用.组蛋白乙酰化和去乙酰化是染色质修饰中最为常见调节方式,参与基因的转录调控.乙酰化可以激活转录,促进记忆的形成.组蛋白去乙酰化酶抑制剂可以增强突触可塑性,改善记忆损伤.因此,对于染色质修饰的深入研究,不仅有助于阐明记忆形成的分子机制,而且对记忆相关疾病的治疗以及新药物研发也具有重要指导意义.本文主要就组蛋白乙酰转移酶调节基因转录以及组蛋白去乙酰化酶抑制剂促进记忆形成的作用机理进行综述.     

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。     

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。     

全基因组染色质相互作用Hi-C文库制备的优化及其质量控制

Hi-C(highest-throughput chromosome conformation capture)技术是近年出现的一种研究染色质相互作用的关键技术。该技术步骤多、耗时长,涉及的试剂耗材繁杂,目前常规流程还有较多可以改进优化的步骤。本研究以GM12878细胞为材料,通过优化常规Hi-C实验中的交联、酶切、限制性内切酶的失活、末端生物素标记、原位连接等关键步骤,建立了稳健的Hi-C流程,制备了相应的Hi-C文库。文库经初步的Sanger测序等质量控制以后,两个生物学重复文库进行了高通量测序。测序结果利用生物信息学处理发现：原始测序数据中可比对率和配对率分别达到90%和72%左右。此外,去除自连片段(self-circular ligation)和dangling-ends片段以后,可获得超过96%的有效相互作用对,其中染色体内相互作用数据达到60%。进一步的染色体相互作用热图分析可见清晰拓扑学相关结构域TADs(topologically associated domains),与已发表的文献报道一致。而两次生物学重复之间的相关性分析则表明bin coverage和all bin pairs的相关性都极强。上述结果表明通过对常规Hi-C流程关键步骤的优化,本研究建立了高效、稳健、可靠的Hi-C流程,对Hi-C技术的进一步使用与推广具有重要的参考价值。     

着丝粒核小体结构研究进展

着丝粒是构成真核生物染色体的必需元件。在细胞有丝分裂或减数分裂时,微管通过动粒与染色体着丝粒连接,参与细胞分裂的染色体分离与分配过程,使染色体平均分配到子细胞中。构成着丝粒的基本单位是着丝粒特异的核小体,与常规核小体不同的是着丝粒核小体中的组蛋白H3被其变种——着丝粒组蛋白H3所替换。最近几年,着丝粒核小体的结构成为细胞生物学研究的热点之一。该文综述了最近在多种真核生物研究中,通过体外和体内实验,提出的着丝粒核小体结构的八聚体、六聚体、同型四聚体以及半八聚体模型,并对着丝粒核小体结构的动态模型与功能的关系进行了探讨。     

High-Resolution Mapping of Sequence-Directed Nucleosome Positioning on Genomic DNA

We have mapped in vitro nucleosome positioning on the sheep β-lactoglobulin gene using high-throughput sequencing to characterise the DNA sequences recovered from reconstituted nucleosomes. This methodology surpasses previous approaches for coverage, accuracy and resolution and, most importantly, offers a simple yet rapid and relatively inexpensive method to characterise genomic DNA sequences in terms of nucleosome positioning capacity. We demonstrate an unambiguous correspondence between in vitro and in vivo nucleosome positioning around the promoter of the gene; identify discrete, sequence-specific nucleosomal structures above the level of the canonical core particle—a feature that has implications for regulatory protein access and higher-order chromatin packing; and reveal new insights into the involvement of periodically organised dinucleotide sequence motifs of the type GG and CC and not AA and TT, as determinants of nucleosome positioning—an observation that supports the idea that the core histone octamer can exploit different patterns of sequence organisation, or structural potential, in the DNA to bring about nucleosome positioning.     

Cryo-EM Structures of Centromeric Tri-nucleosomes Containing a Central CENP-A Nucleosome

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