分子生物學(xué)-w4molecular biologyⅣ.真核生物基因轉(zhuǎn)錄及其調(diào)控

Molecular

Biology徐

輝2011-12-7Ⅳ.

真核生物的轉(zhuǎn)錄及其調(diào)控的轉(zhuǎn)錄五、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄必需因素：DNA模板RNA聚合酶啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄因子“open”

的染色質(zhì)狀態(tài)“open”

的染色質(zhì)狀態(tài)是轉(zhuǎn)錄起始的先決條件3Accessible

chromatinInaccessible

chromatin4轉(zhuǎn)錄過(guò)程中的染色質(zhì)處于“open”

的狀態(tài)Circ

Res

2010,

107:324-326DNA+組蛋白，形成的致密結(jié)構(gòu)1、真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)5真核生物染色質(zhì)各級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖61、真核生物染色質(zhì)結(jié)構(gòu)DNA+組蛋白，形成的致密結(jié)構(gòu)組蛋白：富含精氨酸（Arg）和賴(lài)氨酸（Lys）的堿性蛋白質(zhì)組蛋

正電荷，與DNA具有高親和性。精氨酸和賴(lài)氨酸是組蛋白上重要的修飾位點(diǎn)。7組蛋白的種類(lèi)5類(lèi)：H2A,H2B,

H3,H4,H1。H2A/H2B,

H3/H4形成八聚體，是核小體

（nucleosome

core）H1結(jié)合在核小體

DNA上，穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)8組蛋白的大小及保守性9組蛋白的大小與聚合酶的大小比較12

subunits,

550

kDa,

20nm

(diameter)8

subunits,

200bp

DNA,

262kDa,

11nm10Chromatin

Strucure

Model12Chromatin

Strucure

ModelChromatin

Strucure

Model轉(zhuǎn)錄的影響

轉(zhuǎn)錄的影響在單倍體中約有2萬(wàn)核小體結(jié)構(gòu)對(duì)組蛋白對(duì)5S

rRNA爪蟾的5S

rRNA拷貝，分為兩類(lèi)：細(xì)胞中表達(dá)，稱(chēng)為細(xì)胞98%只在

5S

rRNA2%既在細(xì)胞表達(dá)，又在體細(xì)胞表達(dá)，稱(chēng)為體細(xì)胞5S

rRNA2、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與 活性14轉(zhuǎn)錄的影響

轉(zhuǎn)錄的影響核小體結(jié)構(gòu)對(duì)組蛋白對(duì)5S

rRNA在某些體細(xì)胞染色質(zhì)物中，

細(xì)胞的5S

rRNA

意外轉(zhuǎn)錄；檢測(cè)有轉(zhuǎn)錄活性和無(wú)轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)中組蛋白成分，無(wú)活性的染色質(zhì)中包含五種組蛋白，而有活性的染色質(zhì)中只有四種，不包括H1。15核小體結(jié)構(gòu)對(duì)組蛋白對(duì)5S

rRNA轉(zhuǎn)錄的影響

轉(zhuǎn)錄的影響若將H1組蛋白加入到有活性的染色質(zhì)中，導(dǎo)致活性逐漸喪失；若把無(wú)活性組蛋白H1除去，則原來(lái)在體細(xì)胞不能轉(zhuǎn)錄的

細(xì)胞5S

rRNA也變得可轉(zhuǎn)錄。說(shuō)明：完整的組蛋白組分抑制

轉(zhuǎn)錄16Ⅲ17轉(zhuǎn)錄因子與組蛋白競(jìng)爭(zhēng)類(lèi)啟動(dòng)子的模型組蛋白對(duì)Ⅱ類(lèi)

轉(zhuǎn)錄的影響由

組蛋白（H2A,

H2B,

H3,

H4）與DNA構(gòu)成核小體結(jié)構(gòu)時(shí)，即能起到抑制轉(zhuǎn)錄的作用（4倍），且一般的轉(zhuǎn)錄激活子不能解除這種抑制；若核小體結(jié)構(gòu)還含有組蛋白H1，那么其抑制

轉(zhuǎn)錄的能力更強(qiáng)（25-100倍），但H1的這種作用可被轉(zhuǎn)錄激活子解除。Q:為什么H1與其它組蛋白不同？18H119轉(zhuǎn)錄激活模型20核小體定位SV40染色質(zhì)的無(wú)核小體區(qū)Moshe

YanivInstitut

Pasteur21核小體定位無(wú)核小體區(qū)=啟動(dòng)子區(qū)？22核小體定位無(wú)核小體區(qū)位于Dnase超敏位點(diǎn)（活躍調(diào)控區(qū)）BamH

I232、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與 活性2.2

組蛋白修飾對(duì)

轉(zhuǎn)錄的影響組蛋白乙?；╤istone

acetylation）乙?；l(fā)生在賴(lài)氨酸側(cè)鏈的氨基上組蛋白乙酰化與

活性有關(guān)，非乙酰組蛋白抑制DNA轉(zhuǎn)錄——1964年24乙酰化酶的發(fā)現(xiàn)（1995）組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histonacetyltransferase,

HAT），它催化乙酰CoA的乙酰基轉(zhuǎn)移到

組蛋白上25James

BrownellNow:

University

of

Nottingham,

UKSyracuse

UniversityDavid

AllisNow:

Rockefeller

UniversitySyracuse

University26‘‘People

don’t

just

talk

about

t ome

anymore,they

talk

about

the

epigenome,

something

theDNA.’’PNAS

April

25,

200627Allis

and

postdoctoral

associate

Sandra

B.

HakePNAS

April

25,

2006乙?；傅陌l(fā)現(xiàn)（1995）材料：四膜蟲(chóng)細(xì)胞原因：四膜蟲(chóng)含有高度乙酰化的組蛋白，因此可能含有高濃度的HAT方法：從大核（轉(zhuǎn)錄活躍）

提取物，灌注有組蛋白的SDS中電泳，然后將膠泡在乙酰CoA（乙?；猛凰貥?biāo)記）溶液中反應(yīng)，反射自顯影。28熱變性蛋白酶的抑制劑（N-乙基馬胺）BSA無(wú)蛋白29感悟：30成功之道1：選擇理想的研究材料SV40四膜蟲(chóng)成功之道2：嚴(yán)格的對(duì)照兩類(lèi)組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶HAT,type

A，存在于細(xì)胞核，只識(shí)別部分乙?；慕M蛋白HAT,

type

B，存在于細(xì)胞質(zhì)，識(shí)別新

的組蛋白許多轉(zhuǎn)錄激活子的輔助因子coactivator（CBP/p300,

TAFⅡ250）具有組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶活性31Known

Humanproteins

that

possesshistone

acetyltransferase

catalytic

activityinclude:CREBBP,

CDY1

,

CDY2,

CDYL1,

CLOCKELP3

,

EP300HAT1KAT2A,

KAT2B,

KAT5MYST1,

MYST2,

MYST3,

MYST4NCOA1,

NCOA2,

NCOA3,

NCOATTF3C432組蛋白去乙酰化酶（histonedeacetylase，HDAC）乙酰化激活轉(zhuǎn)錄，去乙酰化抑制轉(zhuǎn)錄HDAC也是一個(gè)

（四大類(lèi)）33組蛋白乙?；c去乙酰化調(diào)控轉(zhuǎn)錄的模式34組蛋白甲基化（methylation）組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（histonemethyltransferases，HMTs）催化1-3個(gè)甲

團(tuán)轉(zhuǎn)移到組蛋白賴(lài)氨酸或精氨酸上，由輔酶s

-腺苷蛋氨酸（

cofactor

S-Adenosyl

methionine）提供甲基。Thomas

JenuweinMax

Planck

Institute,

Germany35組蛋白去甲基化酶（histonedemethylases

，HDTs）Lysine

Specific

Demethylase

1

(LSD1).2004Jumonji

-containing

(JmjC)histone

demethylases.

200536Type

ofmodificationHistoneH3K4H3K9H3K14H3K27H3K79H4K20H2BK5mono-methylationactivationactivationactivationactivationactivationactivationdi-methylationrepressionrepressionactivationtri-methylationactivationrepressionrepressionactivation,repressionrepressionacetylationactivationactivation37甲基化的位置和效應(yīng)其它組蛋白修飾Phosphorylation(磷酸化)Ubiquitylation(泛素化)Sumoylation(SUMO修飾)…3839各種組蛋白修飾決定了 的活性ActivationRepression組蛋白理論Science.

2001;293:1074-80.41Distinct

histone

amino-terminal

modifications

cangenerate

synergistic

or

antagonistic

interactionaffinities

for

chromatin-associated

proteins,

whichin

turn

dictate

dynamic

transitions

betweentranscriptionally

active

or

transcriptionally

silentchromatin

states.The

combinatorial

nature

of

histone

amino-terminal

modifications

thus

reveals

a

histone

codethat

considerably

extends

the

informationpotential

of

t

etic

code.組蛋白

理論Science.

2001;293:1074-80.4243Thomas

JenuweinDanny

ReinbergFACT蛋白（facilitates

chromatintranscription

factor）延伸因子、染色質(zhì)重塑因子Danny

ReinbergNYUSchool

of

Medicine44DNA甲基化DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNAmethyltransferases,

DNMTs）5－甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基嘌呤（N6-mA）及7－甲基鳥(niǎo)嘌呤（7-mG）高等生物中的甲基化主要在CpG島上45DNA甲基化DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制表達(dá)。DNA甲基化是表觀(guān)遺傳學(xué)(Epigenetics)的重要組成部分，在維持正常細(xì)胞功能、遺傳印記、胚胎發(fā)育以及人類(lèi)腫瘤發(fā)生中起著重要作用，是目前新的研究熱點(diǎn)之一。46Nat

Med.

2011Mar;17(3):330-9.Currently

Known

Important

Histone/DNA-modifying

enzymes50

xRepression25,000

xActivation10

xActivation50

xRepressionthe

Dynamic

Range

of

TranscriptionGTFsActivatorsRepre