染色质结构与基因表达.

组蛋白乙酰化为一可逆过程，乙酰化和去乙酰化的动态平衡控 制着染色质的结构和基因表达。组蛋白脱乙酰酶（histone deacetylase, HDAC）可去除组蛋白上的乙酰基，抑制基因表达。
2、核小体重塑 核小体重塑涉及在基因组一个较短的区域中核小体
位置的改变或者结构的改变，是一个能量依赖的过程，
尾的相互作用对核小体的聚集和染色质折叠非常重要，也是
组蛋白的主要修饰部位。核小体N端尾的修饰作用包括位点特 异的磷酸化、乙酰化和甲基化。乙酰化是最早发现与转录有 关的组蛋白修饰方式，在这里我们也是主要介绍组蛋白的乙 酰化对染色质的结构和基因表达的影响。
异染色质中的组蛋白一般不被乙酰化，而具有转录活性的染色 质常常是高度乙酰化的，这些清楚地表明这种类型的修饰与DNA 的包装相关。
第一节
一、位置效应
染色质结构与基因表达
位置效应（position effect）是指一个基因由于在基因
组的位置发生改变，而发生的表达上的变化。位置效应在果蝇 中得到了详尽的研究。野生型w＋基因使果蝇的复眼呈红色。 有一个果蝇品系，由于染色体倒位使w＋基因座靠近着丝粒处 的异染色质。在这一新的位置，基因是否表达因细胞而异，取
scs和scs’就位于膨泡的两端，是膨泡的边界元件。
在scs和scs’的外侧是异染色质区域，所以绝缘子能 够抵挡异染色质对热激蛋白基因座位的影响，使该 座位在结构和功能上都是一个独立的区域。
绝缘子是一组在真核生物基因组中建立独立的转录活
性区的调控元件，它具有两种性质。第一，当绝缘子 位于增强子或者沉默子与启动子之间时可以阻断增强 子对启动子的作用。第二，绝缘子可以使其界定的基 因的表达不受位置效应的影响。在转基因时，目的基 因整合到染色体上的不同位置，因位置效应作用基因 的表达水平差异很大。但是，如果在目的基因的两侧
在正常情况下，转录因子与w＋基因的调控区结合，促进转录
的起始。然而，在新的位置，紧密包装的异染色质可以阻止转 录因子的靠近。在复眼发育的早期异染色质扩展的范围会在不
同的细胞中发生某种变化，随后会被子细胞稳定遗传。
二、活性染色质的特征
与非表达区域中核小体结构紧密、间隔规则相比，其核小体 组装较为伸展或不规则。这样的一种结构有利于转录因子的结 合，以及RNA聚合酶沿模板的滑动。在转录起始区以及某些特
两种方式可以显著改变DNA的易接近性：组蛋白的乙酰
化和核小体重塑。组蛋白的去乙酰化，则可以使染色 质凝集，引起基因沉默。
1、组蛋白N端尾的修饰对染色质结构及基因转录的影响
每种核心组蛋白包括一个～80个氨基酸残基构成的保守的 区域称为组蛋白折叠域（histone fold domain）和一个突 出于核小体核心之外、由20个氨基酸残基组成的N端尾。N端
（4）染色质重塑复合体催化核小体滑动或者在不改
变核小体位置的情况下，使核小体的结构发生改变，
暴露出DNA结合位点。
（5）新的转录因子与DNA结合。
（6）RNA聚合酶与DNA结合。 （7）转录起始需要来自于特异性转录因子经中介复 合体传递来的正调控信号。
四、染色质结构的区间性 绝缘子（insulator）序列首先在果蝇中被发现，
殊的区域，核小体的构象变化更为明显，DNase I和微球菌核
酸酶等非特异性内切酶可用于检测这种变化。
DNase I可降解染色质DNA可接近的区域，但是被组装成核小体
的染色质DNA则受到保护，不会被核酸酶降解。
三、染色质结构的调节 在原核细胞中，RNA聚合酶和调节蛋白可以自由地接 近DNA。由组蛋白和基因组DNA两部分组成的染色质结 构限制了转录因子对DNA的接近与结合，实际上起着阻 遏转录的作用。基因转录需要染色质发生一系列重要 的变化，如染色质去凝集，核小体变成开放式的疏松 结构，使转录因子等更容易接近并结合核小体DNA。有
决于复眼早期发育时异染色质的对基因表达的抑制效应扩展到
多远。
不表达w＋基因的细胞分裂后产生的子代细胞仍不表达w＋基因，
产生白眼细胞克隆；而表达w＋基因的细胞分裂后产生的子代细 胞都表达w＋基因，产生红眼细胞克隆。所以，该品系的果蝇的 复眼表现为红白相嵌，又称为位置效应花斑（position effect variegation）。
以后又在多种真核生物的基因组中被鉴定出来。
1985年，Udvadry等在果蝇的基因组中检测出了两个
绝缘子序列，scs和scs’（Specialized Chromatin
Structure）。scs和scs’分别位于果蝇多线染色体 S7A7条带热激蛋白基因座的两侧，长度分别是350 bp和200 bp。当受到热激时，hsp70基因高水平转录， 在多线染色体上形成一个膨泡。
经过多年的努力，终于在1996年分离出催化向组蛋白添加乙 酰基的酶，即组蛋白乙酰转移酶（histone acetyl transferase, HAT）。许多组蛋白乙酰转移酶是以往鉴定过的
激活蛋白或辅激活蛋白（coactivator）。辅激活蛋白在基因
的转录调控中主要是起桥梁作用，使结合在DNA上游的转录因 子与结合在核心启动子上的转录机器发生联系。
连接上绝缘子，目的基因往往不受染色体位置效应的
影响。
2、基质附着区（matrix attachment region， MAR）
无论是在原核细胞还是在真核细胞中，基因组DNA形
成巨大的环状结构，环的基部附着在染色体骨架上。
在细菌中环的长度大概是40 kb，而真核生物的DNA环
由核小体重塑复合体（chromatin remodeling complex）催化完成。重塑复合体利用ATP水解释放的 能量，介导二种主要的反应：（1）组蛋白八聚体沿 DNA滑动；（2）在不改变位置的情况下使核小体变成 一种较为松散的结构。
转录因子、组蛋白乙酰转移酶和染色质重塑复合体的 结合顺序因启动子的不同而不同。来自百度文库活一个真核生物 基因的大致过程如下： （1）某种转录因子与DNA结合。 （2）一种组蛋白乙酰转移酶与转录因子结合。 （3）HAT乙酰化结合位点附近的组蛋白，使核小体之 间的联系变得松散。