染色质结构和基因转录

1、第五节第五节 染色质结构和基因转录染色质结构和基因转录一、活性染色质一、活性染色质1、活性染色质具有、活性染色质具有DNA超敏感位点超敏感位点 每个活跃转录的基因都有每个活跃转录的基因都有1个或几个超敏感位点，大部分个或几个超敏感位点，大部分位于基因位于基因5端启动子区域。超敏感位点实际上是一段端启动子区域。超敏感位点实际上是一段100-200 bp 的的DNA序列特异暴露的区域，可能被一些非组蛋白结合而序列特异暴露的区域，可能被一些非组蛋白结合而抑制了同组蛋白结合，失去了组蛋白的保护。抑制了同组蛋白结合，失去了组蛋白的保护。2、活性染色质在生化上具有特殊性、活性染色质在生化上具有特殊性 很少

2、有组蛋白很少有组蛋白H1结合；组蛋白乙酰化程度高；组蛋白结合；组蛋白乙酰化程度高；组蛋白H2B很少被磷酸化；很少被磷酸化；HMG蛋白丰富。蛋白丰富。30nm染色质纤维的改构染色质纤维的改构二、染色质结构与基因转录二、染色质结构与基因转录（一）疏松染色质结构的形成（一）疏松染色质结构的形成1、DNA局部结构的改变与核小体位相变化局部结构的改变与核小体位相变化 ATP依赖的依赖的SWI/SNF染色质改构复合物的作用；染色质改构复合物的作用； 拓扑异构酶能调节拓扑异构酶能调节DNA双螺旋的局部构象和高级结构变化；双螺旋的局部构象和高级结构变化； B型型DNA变成变成Z型型DNA会导致核心组蛋白八聚体

3、与会导致核心组蛋白八聚体与DNA的的 亲和力降低；亲和力降低； 转录因子对增强子和启动子的影响。转录因子对增强子和启动子的影响。核小体的解体和重构核小体的解体和重构2、组蛋白的修饰、组蛋白的修饰 核小体组蛋白八聚体的核小体组蛋白八聚体的N端都暴露在核小体外，某些特端都暴露在核小体外，某些特殊氨基酸的残基可能发生乙酰基化、甲基化、磷酸化或核殊氨基酸的残基可能发生乙酰基化、甲基化、磷酸化或核糖基化等修饰，结果糖基化等修饰，结果一是一是改变染色质结构，直接影响基因改变染色质结构，直接影响基因转录；转录；二是二是核小体表面发生改变，易于调控蛋白与染色质核小体表面发生改变，易于调控蛋白与染色质接触。接触

4、。（1）核心组蛋白的赖氨酸残基乙酰化）核心组蛋白的赖氨酸残基乙酰化(acetylation) 乙酰化后组蛋白赖氨酸侧链不再带有正电荷，失去了与乙酰化后组蛋白赖氨酸侧链不再带有正电荷，失去了与DNA的结合能力，使相邻核小体的结合受阻，同时影响泛的结合能力，使相邻核小体的结合受阻，同时影响泛素与组蛋白素与组蛋白H2A的结合，导致蛋白质选择性降解。组蛋白的结合，导致蛋白质选择性降解。组蛋白H3和和H4是修饰的主要位点。是修饰的主要位点。 组蛋白去乙酰化伴随着对转录的抑制。组蛋白去乙酰化伴随着对转录的抑制。组蛋白乙酰化在转录组蛋白乙酰化在转录调控中的作用示意图调控中的作用示意图（2）组蛋白）组蛋白H1

5、的磷酸化的磷酸化 组蛋白组蛋白H1丝氨酸残基的磷酸化发生在有丝分裂前期，丝氨酸残基的磷酸化发生在有丝分裂前期，H1的磷酸化导致的磷酸化导致DNA 的亲和力下降，染色质松解，影响的亲和力下降，染色质松解，影响染色质活性。染色质活性。3、HMG结构域蛋白的影响结构域蛋白的影响 HMG1和和HMG2有有A、B、C三个结构域，三个结构域，A、B结构结构域与域与DNA 特异亲和，细胞中有一类蛋白具有这种结构域特异亲和，细胞中有一类蛋白具有这种结构域的特点，称为的特点，称为HMG结构域，相应的结构域，相应的DNA序列称为序列称为“HMG box”。4、SMC蛋白对染色质结构的影响蛋白对染色质结构的影响 在

6、有丝分裂前期对染色体配对和集缩起重要作用。在有丝分裂前期对染色体配对和集缩起重要作用。凝集素中凝集素中SMC的作用的作用（二）染色质的区间性（二）染色质的区间性1、基因座控制区、基因座控制区 基因座控制区基因座控制区(locus control region, LCR)是染色体是染色体DNA上一种顺式作用元件，结构域中含有多种反式作用因子的结上一种顺式作用元件，结构域中含有多种反式作用因子的结合序列，可能参与蛋白质因子的协同作用，使启动子处于无合序列，可能参与蛋白质因子的协同作用，使启动子处于无组蛋白状态。组蛋白状态。2、隔离子、隔离子 基因表达有位置效应，变换位置会导致活性改变。能防基因表达

7、有位置效应，变换位置会导致活性改变。能防止处于阻抑状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点止处于阻抑状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质向两侧扩展的染色质DNA序列，称序列，称隔离子隔离子(insulator)。（三）染色质模板的转录（三）染色质模板的转录 真核细胞基因转录的模板是染色质而不是裸露的真核细胞基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA，基因转录时仍可相对保留核小体结构。基因转录时仍可相对保留核小体结构。RNA聚合酶差不多聚合酶差不多有两个核小体那么大，但只和大约有两个核小体那么大，但只和大约50 bp的的DNA结合。结合。RNA聚合酶被认为是用聚合酶被认为

8、是用核小体犁核小体犁来克服转录障碍的，来克服转录障碍的，SWI/SNF被认为是一种有效的被认为是一种有效的核小体犁。核小体犁。 第六节第六节 核基质核基质 CoffeyCoffey和和Berezney(1974)Berezney(1974)，高盐、，高盐、DNaseDNase和和RNaseRNase处理。处理。核骨架纤维粗细不等，直径为核骨架纤维粗细不等，直径为3-30nm，形成三维网络结构，形成三维网络结构与核纤层，与核孔复合体相接，将染色质和核仁网络在其中。与核纤层，与核孔复合体相接，将染色质和核仁网络在其中。核骨架核骨架-核纤层核纤层-中间纤维三者相互联系形成一个贯穿于核、中间纤维三者相

9、互联系形成一个贯穿于核、质间的统一网络系统。这一系统较微管、微丝具有更高的稳质间的统一网络系统。这一系统较微管、微丝具有更高的稳定性。定性。 广义的核骨架概念：广义的核骨架概念：核骨架包括核纤层、核孔复合体、核骨架包括核纤层、核孔复合体、染色体骨架、核基质、核仁骨架等。染色体骨架、核基质、核仁骨架等。核基质（核基质（nuclear matrix ）核骨架（核骨架（nuclear skeleton or nucear scaffold）核骨架核骨架（核骨架核骨架 nuclear skeleton nuclear skeleton ）核骨架概念：核骨架概念： 核骨架是真核细胞内的真实结构体系；核骨

10、架是真核细胞内的真实结构体系； 核骨架与中间纤维和核纤层构成贯穿核和质的网络状结核骨架与中间纤维和核纤层构成贯穿核和质的网络状结构体系；构体系； 核骨架主要是非组蛋白，含少量核骨架主要是非组蛋白，含少量RNARNA； 核骨架与核骨架与DNADNA复制、基因表达及染色体的构建和包装密切复制、基因表达及染色体的构建和包装密切相关；相关；核骨架的功能核骨架的功能: : 为为DNA的复制提供支架，的复制提供支架，DNA是以复制环的形式锚定在核是以复制环的形式锚定在核骨架上的，核骨架上有骨架上的，核骨架上有DNA复制所需要的酶，如：复制所需要的酶，如：DNA聚合聚合酶酶、DNA引物酶、引物酶、DNA拓朴

11、异构酶拓朴异构酶II等。等。DNA的自主复制序的自主复制序列（列（ARS）也是结合在核骨架上。）也是结合在核骨架上。 是基因转录加工的场所，是基因转录加工的场所，RNA的转录同样需要的转录同样需要DNA锚定在锚定在核骨架上才能进行，核骨架上有核骨架上才能进行，核骨架上有RNA聚合酶的结合位点，使聚合酶的结合位点，使之固定于核骨架上，之固定于核骨架上，RNA的合成是在核骨架上进行的。新合的合成是在核骨架上进行的。新合成的成的RNA也结合在核骨架上，并在这里进行加工和修饰。也结合在核骨架上，并在这里进行加工和修饰。 与染色体构建有关，现在一般认为核骨架与染色体骨架为与染色体构建有关，现在一般认为核骨架与染色体骨架为同一类物质，同一类物质，30nm的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成的