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染色质结构与基因表达调控 |
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胡建广 杨金水
Chromatin Structure and Gene Expression
HU Jian-Guang YANG Jin-Shui
(Institute of Genetics, Fudan University, Shanghai 200433)
真核细胞中DNA与蛋白质结合形成染色质和染色体是生物进化的必然结果〔1〕。
核小体(Nucleosome)是染色质的基本结构单位，其为长度约160bp的DNA绕由H2A, H2B, H3和H4各两分子形成的八聚体约两圈的粒状结构, 其中H3和H4各两分子形成的四聚体位于八聚体的中间, 其两端均与H2A和H2B各一分子形成的二聚体结合。第五种组蛋白H1或称H5与连接两核小体之间的DNA结合, 并与相邻两核小体首尾相联, 以稳定核心组蛋白与DNA双链的结合。Crane等(1997)对H1与核小体的结合位置提出新的看法〔2〕, 认为染色质的高级结构是以核小体为基本结构单位的一级结构经过进一步的盘绕、折叠而形成。由于染色质是真核细胞遗传信息的载体, 真核基因的表达调控一定与染色质密切相关。研究染色质的结构及其在基因表达调控中的作用, 对于揭示真核生物基因表达调控的机理有重要意义。
1 转录区染色质对DNaseI的敏感性增加
真核生物的染色质结构在不同物种间无显著差异, 核小体的体积也基本恒定, 但核小体间连接DNA的长度是可变的, 它在不同的物种中, 以及不同的组织, 有时不同的发育阶段均有可能不同。例如, 菜豆(Phaseolus vulgaris)的子叶和叶片组织中, 染色质核小体的重复长度有差异, 叶片中为191bp, 而子叶中缩短到177bp, 但没有发现这种差异与基因的特异表达有关〔3〕。Murray和kennard的进一步研究却发现, 菜豆子叶特异表达的基因-菜豆蛋白基因(phaseolin)的染色质区对DNaseⅠ的敏感性比叶片中强, 说明染色质对DNaseⅠ敏感与基因的转录有关。在豌豆(Pisum sativum)中, Steinmuller 等(1986)〔4〕研究了另一储藏蛋白-豆球蛋白(Legumin)基因的染色质在子叶和叶片中变化。在子叶中靠近豆球蛋白基因3 端的染色质对DNaseⅠ的敏感度比叶片中高5倍。大麦(Hordeum vulgare)中, 大麦醇溶蛋白(Hordein)基因, 捕光叶绿素a/b蛋白(light harvesting chlorophyll a/b protein, LHCP) 基因和15～16 kD多肽基因的染色质对DNaseⅠ的敏感度也随着这些基因的表达而显著的增加〔4〕。
在动物组织细胞中的研究同样显示, 基因的转录伴随着其染色质对DNaseⅠ的敏感性显著增加。母鸡中, 球蛋白基因在网织红细胞中表达, 而卵清蛋白基因则于输卵管中有转录; 研究发现, 网织红细胞中编码球蛋白mRNA的染色质DNA更易被DNaseⅠ降解, 输卵管细胞中卵清蛋白基因区域的染色质比球蛋白基因区对DNaseⅠ更敏感〔5，6〕。
关于染色质对DNaseⅠ敏感与该区基因被转录的关系, 研究者认为, 基因的转录造成染色质易被DNaseⅠ消化, 而非前者是后者的原因。
2 染色质中DNaseⅠ超敏感点与基因的表达调控有关
与由于基因的转录而使转录区染色质对DNaseⅠ的敏感性增加不同, 染色质中还存在一些短的区段, 一般为50～200bp之间, 对DNaseⅠ消化更敏感, 称DNaseⅠ超敏感点 (DNaseⅠHypersensivity sites DH sites) , 为无核小体区〔7〕。直接的证据来自Choder等的实验结果, 他们用电镜观察SV40微小染色体时发现其中存在无核小体区段, 该区段与限制内切酶分析定位的超敏感点在同一位置。经过对很多基因染色质的研究，发现超敏感点是广泛存在的，一般位于基因的5 端启动子之内或启动子的周围。玉米中有两个基因位点(Adh1和Adh2)编码乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase), 它们均受厌氧协迫而表达。Paul等(1987)〔8〕发现，Adh1的5 端区域存在两种类型的DNaseⅠ超敏感点, 即组成型和诱导型。前者位于基因更上游位置, 大约为-160～170之间, 经厌氧诱导后, 出现两个新的DNaseⅠ超敏感点, 主要者中心位于-40, 次要者中心位于-140, 两者之间为厌氧反应域(anaerobi[1] [2] 下一页
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