17 表观遗传学_染色质结构的分子水平研究201410

Section 3、Chromatin remodeling
染色质重塑Chromatin Remodeling： 遗传信息表达、复制和重组过程中，染 色质的包装状态，核小体中的组蛋白以 及对应的DNA分子会发生改变的一种现 象。
Department of Medical Genetics
活性染色质的产生
异染色质与常染色质
组成型的异染 色质 常染色质
端粒
动粒
染色体上基因 活化的区域
染色体上基因 沉默的区域
Department of Medical Genetics
组蛋白与DNA的结合 •1.保护遗传信息； •2.控制遗传信息的表达。 给定一段DNA序列，其和组蛋白组装成核小 体时，有无规律？哪些区域结合组蛋白？
Nature Reviews Genetics 3, 889-895,2002
Conrad Hal Waddington: the last Renaissance biologist?
基因的产物形成环境来影 响基因！！
Department of Medical Genetics
代孕母亲 的不同， 对后代的 影响？
Department of Medical Genetics
Department of Medical Genetics
What is epigenetics：
the Different phenotype caused by different genome decoding in different environments.
优先装配的核小体
• 外在定位机制：在优先核小体装 配后，以确定长度特性重复出现
Department of Medical Genetics
G∶C content is an essential determinant
Department of Medical Genetics
Department of Medical Genetics
组织信息
表达信息
Allis, Jenuwein and Reinberg, Epigenetics 2006
Department of Medical Genetics
基因组DNA和其所处环境的鸡和蛋问题：
先有细胞，还是先有DNA？ 谁因谁果 ？ 自然环境和人相互影响； 基因组环境与基因组也是相互影响的 。 道法自然，天人合一。
Department of Medical Genetics
Section 2： Histone Modification
Department of Medical Genetics
组蛋白与核小体
Department of Medical Genetics
Histone variants
Department of Medical Genetics
对一给定DNA片段，从哪里开始包裹 组蛋白？ 基因组上的一段DNA是随机的分布在核小体的 任何位置？ 还是特定位置？
Department of Medical Genetics
核小体定位：Nucleosome positioning
Random ？
Department of Medical Genetics
Department of Medical Genetics
核心组蛋白 (2)
• 二聚体：H3 & H4, H2A & H2B
Department of Medical Genetics
核心组蛋白 (3)
• 四聚体 vs. 八聚体
Department of Medical Genetics
核小体
Department of Medical Genetics
核小体的分布
• A：有丝分裂间期的染色体纤维：30nm • B：DNA链拉伸后核小体的分布 Department of Medical Genetics
核小体
• 1. 链上的珠子+连接DNA: ~200bp • 2. 核心组蛋白； • 3. 通过核酶切割DNA：直 径11nm的核小体
第三军医大学核心课程——“生命科学综合”
发育与遗传：表观遗传学
组蛋白修饰与染色质结构
Opinions & Approaches 许雪青
大坪医院外研所分子生物学中心 2014，重庆，第三军医大学
buyi.chu@gmail.com QQ: 2308659 楚布衣@丁香园
Department of Medical Genetics
Transcription factor footprint
Department of Medical Genetics
Quesion1：组蛋白和DNA序列的结合有 无规律？
Department of Medical Genetics
Answer：Structure of Nucleosome
核心组蛋白 H1组蛋白 其他组蛋白
Department of Medical Genetics
核小体 (2)
• 1. 核心组蛋白：8个组蛋白的复合物； • 2. 146bp的核心DNA； • 3. 平均缠绕1.65圈。
Department of Medical Genetics
核心组蛋白
• A. 核心组蛋白：H2A, H2B, H3 & H4 • B. 组蛋白的结构；C. 组蛋白二聚体的结构
多色FISH （24种染色）
Department of Medical Genetics
Department of Medical Genetics
T(9:22)相互易位导致慢性粒细胞白血病
Department of Medical Genetics
Department of Medical Genetics
组蛋白修饰
Department of Medical Genetics
组蛋白修饰 (2)
Department of Medical Genetics
主要的功能基团
• Acetyl
• Methyl
• Phosphoryl
Hale Waihona Puke Baidu
• Ubiquitin
Department of Medical Genetics
- 高度致密 - 基因密度低 - 基因沉默 - 在S后期复制 - DNA过甲基化 - 组蛋白H1密集 - 组蛋白具有抑 制性的修饰
- 较为疏松 - 基因密度高 - 基因活化 - 在S早期复制 - DNA缺甲基化 - 组蛋白H1缺乏 - 组蛋白具有活 化性质的修饰
Department of Medical Genetics
DNase Footprinting
• 当有组蛋白与DNA 结合之后，可观察 到不能被切割的部 分
Department of Medical Genetics
Naked & nucleosomal DNA
DNA组装到核小体 上能够阻止DNase I的切割 DNase I切割：平 均间隔~10bp
组蛋白修饰的功能
• 基因转录、DNA损伤修复、DNA复制、染色体凝聚等
Department of Medical Genetics
修饰类型
• • • • • • 一、组蛋白的乙酰化 二、组蛋白的甲基化 三、组蛋白的磷酸化 四、组蛋白的泛素化 五、组蛋白的SUMO化 六、组蛋白密码
Department of Medical Genetics
核小体的分布
• 1. 8~114bp的连接序列； • 2. 序列特异性的DNA结合蛋白质结合裸露的DNA序列。
Department of Medical Genetics
DNase I
• DNase I与DNA双螺 旋的小沟结合，并切 断磷脂键；
Department of Medical Genetics
核心组蛋白 H1组蛋白
核心组蛋白
Department of Medical Genetics
Department of Medical Genetics
Question 2：How is the interaction between histone & DNA
OK, 每146 bp DNA 和组蛋白包裹形成 核小体。
chromatin
Chromatin trans-acting factors
Non-coding RNA
Transcription
Department of Medical Genetics
Roeder, 2010
The molecular mechanism of epigenetics
Chromatin: an epigenetic platform 储存信息 Epigenetic mechanisms: . DNA methylation . Histone modifications . Chromatin remodeling . Histone variants . RNAi . DNA/RNA editing
• DNA序列缠绕在核心组蛋白的八聚体上
Department of Medical Genetics
核小体
• 核小体呈致密或疏松状态，形成30nm的染色体纤维
Department of Medical Genetics
组蛋白H1
• 确定核小体的边界
Department of Medical Genetics
• 真核生物：以核小体为基本单位的染色质， 以激活和沉默为基本方式调控基因的表达。
Department of Medical Genetics
DNA所处环境：核小体
• DNA序列缠绕在核心组蛋白的八聚体上
Department of Medical Genetics
染色质: 阴阳理论
异染色质 常染色质
How is epigenetics:
environment is the key. chromatin is the most important environment of DNA
Department of Medical Genetics
DNA甲基化 组蛋白修饰和组蛋白密码 表观遗传 染色质重塑 非编码RNA调控
Department of Medical Genetics
The roles of chromatin structure in epigenetics and transcription
Epigenetics
DNA methylation Histone modifications Histone variants Chromatin remodeling
组蛋白的乙酰转移酶的结合活化相应 区域
去凝聚状态的染色质
Department of Medical Genetics
组蛋白去乙酰化酶 染色质重塑复合物
组蛋白乙酰化酶 染色质重塑复合物
Department of Medical Genetics
Any question? Contact me at:
• • • • BBS:楚布衣 (丁香园) Email:buyi.chu@gmail.com (Google talk) QQ：2308659 Tel:757475
Department of Medical Genetics
染色体结构？
染色体病？
核小体定位：Nucleosome positioning
Regulated ？ In vivo
Department of Medical Genetics
Results：定位不是随机的，存在 内在定位机制
Department of Medical Genetics
• 内在定位机制：定位信号 （AA, AAA，（CA）n，（GC）n
Department of Medical Genetics 哈佛大学遗传学教授乔治 · 切奇
一、染色质结构与核小体 二、染色质重塑
三、方法与应用
Department of Medical Genetics
不同生物的遗传信息（基因） 表达特点
• 病毒：时间依赖性调节和利用宿主细胞的 机制； • 细菌：组成性表达+负反馈调控；
Department of Medical Genetics
Epigenetics
Conrad Hal Waddington (1905–1975)
“the causal interactions between genes and their products, which bring the phenotype into being”