染色质结构PPT课件

5
23.2 染色质有两种状态
关键概念：
• 染色质结构是稳定的，不会因为转录因 子与组蛋白平衡的变化而改变。
有两种模型可以用来解释DNA表达状 态的改变：化学平衡和不连续的状态改 变。
6
图23.1表示平衡模型。这里惟一相关 的因子是阻抑物或激活剂的浓度，它在 游离形式和与DNA结合形式之间形成一 种平衡。
• 图23.3演示了ATP水解因子的动态模型的 原理，当组蛋白八聚体从DNA释放出来， 其他蛋白质才能结合。
12
13
图23.4总结了体外染色质重建的各种改变 类型：
• 组蛋白八聚体可以在DNA上滑动，改变 核酸和蛋白质之间的关系，它能改变特 定序列在核小体表面的位置。
• 组蛋白八聚体的间距可以改变，同样也 相应地改变了各个序列与蛋白质的相对 位置。
23
然而情况并不总是如此，核小体还必 须解离，这样转录才能起始。一些激活 剂可以在核小体的表面与DNA结合。核 小体似乎是精确地定位在某些类固醇激 素应答元件处，而激素受体可以在此与 之结合。
24
• 图23.7显示了核小体结构如何控制因子的 结合。
25
当激素加入后，HR保护它在启动子 处的结合位点，但是不影响微球菌核酸 酶的敏感位点。这些位点标志着核小体 的任何一端，这表明HR是在核小体表面 与DNA结合的。
18
SWI/SNF复合体活动中的一个难题是它 的大小。它有11个亚基，总的分子质量 约为2*106Da，相比之下，RNA聚合酶和 核小体就显得很小了，这就很难理解所 有这些成分如何保持在核小体表面的DN A相互作用。
19
23.4 核小体的组织可能在启动子处 被改变
关键概念：
• 重建复合体通过序列特异的激活剂被招 募到启动子。
• 最大的变化可能是八聚体完全与DNA分 离而产生一个无核小体的缺口。
14
15
• 染色质重建的作用通常是改变待转录 基因的启动子处核小体的组织形式，这 就要求转录装置与启动子靠近。
• 染色质重建是通过大的复合体利用水解 ATP提供的能量来完成的。
16
图23.5沿用直 观的名字，两个 主要的复合体类 型是SWI/SNF和I SW，酵母的每个 类型都各有两种 复合体；在果蝇 和人类中也找到 了每一种类型的 复合体。
第23章 染色质结构的控制
1
23.1 引言
当转录定义为DNA与各种转录因子以 及RNA聚合酶相互作用时，我们只是准 确描述了体外实验中的现象，但忽略了 体内转录的一个重要特征。细胞基因组 是由核小体组成起来的，但是如果启动 子序列被包裹在核小体内，则转录起始 往往被阻止。
2
局部染色质结构是控制基因表达的 有机部分。基因存在着两种结构状态； 只有在基因表达的细胞里，它才处于一 种“活化”状态，其结构改变发生在转 录开始之前，这表明基因是“可被转录 的”这也说明基因表达的第一步是基因 必须获得有活性状态的结构。
17
• DNA和组蛋白八聚体之间的接触有很 多种，有14种已经在晶体结构中被鉴定 出。为了使八聚体能被释放或易位到一 个新的位置，所有这些接触都要被破坏。
• 一个由重建复合体催化的重要反应是核 小体滑动（sliding）。最早观察到的现象 是：ISW家族能影响核小体的定位而不适 用置换八聚体，这是滑动反应的结果。
3
染色质局部区域处在非活性（沉默） 状态的机制与它的启动子被抑制的方式 有关。参与异染色质形成的蛋白质通过 组蛋白作用于染色质，这样，组蛋白的 修饰作用可能是该作用中很重要的特征。
4
染色质的这种变化一旦形成，就可能 在整个细胞分裂过程保持下去，产生表 观遗传状态，此时，自我永生化的染色 质结构决定了基因的特性，表观遗传的 概念反应了基因可以保持一种遗传情况， 而该状态不依赖于基因序列。同时，更 进一步的了解表观遗传的特征是由朊病 毒自我永生化的结构而得到的。
7
图23.2表明两种可以定位于真核生物启 动子的条件：在非活性状态下，核小体 出现，它们阻止基本转录因子和RNA聚 合酶与DNA的结合；在活性状态下，基 本转录机器占据了启动子，于是组蛋白 的八聚体就无法与之结合。
8
9
需要注意的是：这些体外系统使用不 成比例的反应成分，这会创造非自然的 情况。因此，这些结构的重要意义并不 是它证明了体内作用的机制，而是它确 定了一条原则：转录因子或核小体可能 形成稳定结构，它不会由于游离成分平 衡的变化而改变。
10
23.3 染色质改变是一个活性的过程
关键概念：
• 若干染色质重建复合体所用的能量都是 由ATP水解提供的。
• SWI/SNF，RSC，NURF复合体都是很大 的；它们一些共同的亚基。
• 重建复合体本身并没有对任何位点的特 异性，但必须与转录装置的成分结合。
11
• 染色质重建（chromatin remodeling）是指 导致染色质结构发生变化的一般过程，wk.baidu.com这包括几种依赖于能量供给的组蛋白置 换机制。
21
• 转录因子与重建复合体之间的相互作 用提供了我们了解它们作用机理的重要 提示。
• 我们发现基因的活化需要重建复合体 的参与，这是因为复合体对于一些转录 因子活化它们靶基因的能力是必需的。
22
PHO系统是最早的系统之一，它表 明核小体组织的变化参与基因的活化。 在PHO5启动子，bHLH调控因子PHO4通 过诱导4个精确位置的核小体的解离而对 磷酸盐起反应，这个过程不依赖于转录 和复制。
• 一旦重建复合体结合，转录因子就可能 被释放。
• MMTV启动子需要核小体旋转定位的改 变，使得激活剂能与核小体上的DNA结 合。
20
重建复合体如何 定位到染色质上 的特异位点呢？ 它们自己不含能 结合特异DNA序 列的亚基，因此 我们提出了图23.6 中所示的模型， 它们是被激活剂 或阻抑物招募的。
26
23.25 小结
• 起始前复合物的存在表明基因处于“活 性”状态，它准备被转录。
• 超敏位点会发生于不同的情况下，这暗 示它们的存在反映了一个普遍的原理： 具有起始活性的双螺旋位点是没有核小 体的。
• 调控区域位于核小体的基因通常不被表 达。
27
• 活性染色质和失活染色质之间不存在化 学平衡。突然的破坏事件对于将一种状 态转化成另一种状态是需要的。