(整理)染色体的复制以及表观基因组维持

1、染色体的复制以及表观基因组维持 表观基因组完整性以及相关疾病癌症的发展是以全基因组和表观基因组的改变为特征的。在这里我们讨论了遗传和表观 遗传的不稳定性之间的相互影响，这显著表明染色质畸变也许是复制缺陷的结果。1. 当染色质维护失败时异染色质的缺陷会增加基因组的不稳定性，而且会提高肿瘤发生的机率。这个现象可以在 患有ICF(免疫缺陷，着丝粒不稳定，以及面神经畸形)综合症的病人身上发现，ICF综合症 在人体内是由于DNMT3B的突变导致的，同时也发生在缺少SUV39H或者DNMT1基因 的小鼠身上。DNA的低甲基化频繁的的癌症中出现，并且全基因组分析已经表明结肠癌细 胞中的将近一半的基因组受大范

2、围的DNA低甲基化的影响。在癌症中观察到的染色质改变 包括：位于重复区域的H4K16ac和H4K20me3的丧失以及H3K9me2区域的减少。我们 现在还不了解这些畸变是怎么发生的，它们是否会促进基因的不稳定性，但是考虑到染色质 结构，复制起始以及染色体的不稳定性三者发生上的联系，它们对于复制调控的影响值得我 们注意。染色质组装上的缺陷也可以对基因组的完整性造成威胁。在酵母菌中，核小体的装配损伤 可以导致复制叉的破坏DNA的损伤染色体的高度重组以及大范围的染色体重排RTT109 (Ty1 transposition 109 )的H3K56乙酰基转移酶调节物，以及Asfl组蛋白分子伴侣对 于DN

3、A的复制稳定性也是十分重要的。在人类身上，一个参与调控ASF1的功能的基因突 变和一种罕见的伴随有严重的染色体畸变以及染色体复制缺陷的贫血症有关。更重要的事染 色体的装配缺陷已经被证明与人体内的细胞衰老和酵母菌中的复制衰老有关。这项工作暗示 染色体的损伤可以在细胞的生命周期中积累，具有导致DNA损伤的潜在趋势。异染色质区 对于基因组的稳定性尤其具有挑战性。由于缺少组蛋白的去乙酰化或者是染色体重建而导致 的这些片段保存失败会导致染色体的断裂并且阻碍有丝分裂过程中的染色体分离。复制压力促进表观遗传的不稳定性复制的失控同时危害到了 DNA 和染色体的完整性，因而对于有机体表现出双重的威胁。 考虑到癌

4、基因的活动包括不定时的复制起始，复制叉停滞或者破坏都会导致复制压力，复制 的失控可能和癌症过程中表观遗传的失常有关。鉴于组蛋白动力学和复制过程的紧密偶联， 许多种类的染色质损伤都可以被设想成是和复制压力相关的：首先，亲本的组蛋白再利用或 许会因为复制叉的停滞而被破坏，可能导致无根据的表观基因信息的丢失或者是获得。第二， 复制压力也许会改变组蛋白和DNA的修饰。最后，复制叉的瓦解也可以导致更加剧烈的染 色体重排，这也留下了潜在的表观遗传的印记。如果 DNA 的合成不和亲本的组蛋白再利用相偶联，复制的缺陷可以导致基因沉默的丧 失。这个陈述可以在具有REV1缺陷的小鸡DT40细胞中被发现，REV1是

5、一种Y家族的跨 损伤DNA聚合酶，它可以促进G-4链结构的形成。在REV1删除的情况下，细胞渐渐地失 去了对优求蛋白位点的的抑制，而这种蛋白可以庇护 G4结构的形成，这和该位点上的 H3K9me2的丧失以及H4的乙酰化有关。一旦失去，沉默也不能通过REV的重新表达来 恢复，这和表观遗传上的改变是一致的。损伤旁路最可能发生在REV1缺陷的细胞中，这会 导致400-3000kb的不复制的缺口。这一结果暗示不和亲本的组蛋白循环的DNA合成导致 了抑制性组蛋白标记的丧失。在芽殖酵母中，未复制的的缺口的填充可以被延迟到G2期， 到那个时候新的组蛋白也许会被合成。是否在哺乳动物中是这种情况以及它怎样影响表

6、观遗 传的基因的调控仍然未知。不按计划的组蛋白修饰和沉默因子的募集造成的复制叉进程受阻也许也会增加基因沉默在粟酒裂殖酵母中，复制压力能够导致超出沉默的接合位点区域的异染色质扩散，并且一 种已知的的参与HDACs招募的CENPB异染色质蛋白能够稳定那些在长末端重复逆转座子 发生停滞的复制叉。在芽殖酵母中，招募SIR蛋白到那些在人为或者是自然状态下的暂停位 点有助于基因沉默o rRNA重组突变3( Rrm3)解旋酶正常情况下能够降低蛋白质DNA结 合造成的复制阻碍，这种蛋白的移除提高了 SIR的招募，这也暗示更长时间的暂停增加了沉 默的可能性。这种应答是否有一定程度上的好处现在仍不清楚，旦是有证据

7、显示哺乳动物中 存在一个一个相似的现象：三联体重复的扩展能够使得独立于染色体之外的报告基因发生杂 色沉默( varigated silencing) ,由于三核苷酸重复很容易形成妨碍复制的发卡状二级结构 结构，这项关于小鼠的研究支持了关于复制叉停滞和不安计划的基因沉默之间存在联系的观 点。当复制叉的形成过程受阻时，亲本的或者是新合成的组蛋白无法正常结合到新复制产生 的DNA上。他们暂时的和ASF1结合，并且定量质谱分析显示这一过程中H3K9me标记 增加了。结合这些组蛋白到重新开始的复制叉上反过来也能导致H3K9me在初期染色体上 的表达水平提高。这也许促进了不按计划进行的基因沉默，因为H3K

8、9me1和H3K9ac可 以相互作用，并且他也可能为H3K9me1的合成做准备。甲基化程度增加这一现象也被报 道存在于有严重的复制损伤的细胞中。在原代培养的细胞中，细胞早衰作为对复制压力和癌 基因刺激的应答和细胞内H3K9me的整体水平增加有关。因为，如果细胞衰老是被非复制 依赖的损伤诱发的，H3K9me3就含量不会增加，那么我们有理由怀疑不按计划进行的基因 沉默起始于复制叉停滞的位点。这一系列的证据强调了染色质的完整性以及表观基因的调控容易受复制压力的影响。许多 导致复制叉的瓦解的复制损伤或者是同源重组导致的 DNA 修复或许对于染色质景观(chromatin Iandscape)具有更为严

9、重的影响。但是我们现在几乎不知道关于修复受损复 制叉过程中出现的协调染色质动力学的分子机制。在酵母菌中In08O染色质重建蛋白被招 募并到被阻断的复制叉上，他也许能够识别复制重启以及DNA修复中的核小体结构。在人 类细胞中TONSL-能够被招募到损伤的复制叉上。MMS22L被认为能够通过取代单链DNA 上的复制蛋白A(RPA)以及促进RAD51的装载来介导同源重组修复。有趣的是,TONSL 和ASF1 FACT以及组蛋白相互合作用，这暗示MMS22L的功能是和核小体的组装和降解 相互联系的。A. thaliana TONSL同源物的突变显著体现了它在表观基因组以及基因组维护 中的双重作用，因为

10、BRU1突变体对于能够导致复制叉停滞的DNA烷化剂高度敏感，并且 表现出随机的基因沉默以及发育缺陷。染色体构建，染色体架构以及 DNA 复制之间的相互联系很复杂并且和发育中以及成熟 有机体中的表观基因组的维护有关。它们的基本性质以及与疾病的关联现在仍然不清楚。是 什么规则调控了复制的时间？染色体三维结构的联系是什么？什么时候我们能够走出关于 复制区域的组织以及精心安排的激发了整个发育过程的内在起源顺序。要想获得问题的答案 明显要求我们搭起核结构以及复制之间的研究桥梁。当涉及到凭借复制叉在整个染色体上移 动并且适时地离开妥善包装的子链的潜在的机制时，关于表观遗传物质的继承和探测细胞中 染色质复制的新技术引起了人们强烈的兴趣，并且这也将成为这一领域快速发展过程中极有 前途的研究方向。染色体复制以及恢复过程在特定的位点上进行看起来是可信的。因此，