ZX-第3章染色質(zhì)160323匯總

第三章染色質(zhì)染色體與染色質(zhì)常染色質(zhì)與異染色質(zhì)染色體單線性染色質(zhì)的分子組成核小體的結(jié)構(gòu)常染色質(zhì)基因表達(dá)的分子基礎(chǔ)異染色質(zhì)形成的分子機(jī)制染色質(zhì)的非組蛋白框架微生物的類染色質(zhì)染色質(zhì)的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄染色體端粒3.1染色體與染色質(zhì)---遺傳物質(zhì)的兩種形式

染色體與染色質(zhì)是在細(xì)胞周期的不同時(shí)期中存在的統(tǒng)一物質(zhì)的兩種形式。在細(xì)胞間期以伸展?fàn)顟B(tài)的染色質(zhì)形態(tài)存在，染色質(zhì)纖維的直徑10~30nm；在細(xì)胞中期折疊壓縮稱為短粗的染色體形態(tài)，直徑可達(dá)到1μm。所以我們?cè)诩?xì)胞周期只能看到染色質(zhì)，在中期則只能看到染色體。染色質(zhì)染色體（間期）（中期）濃縮去濃縮（線性，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）（條狀，棒狀，顯微鏡下可見）染色質(zhì)（Chromatin）染色質(zhì)是間期細(xì)胞核內(nèi)伸展開的DNA-蛋白質(zhì)纖維，由核小體為基本單位構(gòu)成的。H1多個(gè)核小體染色體（Chromosome）染色體是細(xì)胞分裂期由染色質(zhì)高度凝集而形成的一種棒狀結(jié)構(gòu)。DNA核小體螺線管結(jié)構(gòu)超螺旋管染色單體壓縮至1/7壓縮至1/6壓縮至1/40壓縮至1/5DNA繞組蛋白6個(gè)核小體圍成一圈螺旋螺線管進(jìn)一步螺旋化超螺旋管進(jìn)一步盤繞和壓縮7×6×40×5=8400染色體DNA核小體核小體纖維環(huán)梅花結(jié)盤染色體染色體數(shù)目是生物物種的特征性標(biāo)志之一染色體上不同的區(qū)域Euchromatin:常染色質(zhì)；Heterochromatin:異染色質(zhì)E->H或H->E稱為染色質(zhì)重塑(ChromatinRemodeling)分子機(jī)理：DNA甲基化，組蛋白修飾，染色質(zhì)重塑復(fù)合物的協(xié)同作用。3.2常染色質(zhì)與異染色質(zhì)---染色體的兩種功能狀態(tài)染色體常染色質(zhì)：易與DNA結(jié)合因子接近，基因組的轉(zhuǎn)錄活性部分。異染色質(zhì)：不易與DNA結(jié)合因子接近，轉(zhuǎn)錄沉默部分。染色質(zhì)及高級(jí)組織形式的染色體結(jié)構(gòu)在真核DNA生物學(xué)各方面，從基因表達(dá)到染色體行為都起著重要作用。染色質(zhì)的調(diào)控是局部作用（基因）與整體作用（染色質(zhì)）相伴進(jìn)行。這兩方面都是以核小體為作用單位。常染色質(zhì)與異染色質(zhì)1.常染色質(zhì)：基因表達(dá)活躍的區(qū)域，染色體結(jié)構(gòu)較為疏松

2.異染色質(zhì)：基因表達(dá)沉默的區(qū)域，染色體結(jié)構(gòu)致密常染色質(zhì)異染色質(zhì)核小體

在細(xì)胞核中，DNA與組蛋白組裝核小體，DNA圍繞組蛋白八聚體（1*3/4）。組蛋白的氨基末端含有多樣的翻譯后修飾，其中最顯著的是H3和H4的賴氨酸（K）的高度保守的氨基末端的乙?；c甲基化。乙酰化增強(qiáng)總是伴隨轉(zhuǎn)錄活性的加大，反之轉(zhuǎn)錄活性抑制。真核細(xì)胞的DNA形成不同的結(jié)構(gòu)域，常染色質(zhì)與異染色質(zhì)，以便進(jìn)行基因表達(dá)和染色體行為的調(diào)控。后成遺傳的異染色質(zhì)構(gòu)成了染色體的大部分區(qū)域，并為染色體的分離行為所必需。染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)直接伴隨著基因表達(dá)的調(diào)控及真核生物遺傳信息的完整性，而且可能是基因、染色體、基因組和生物體的起源于與進(jìn)化的主要力量。染色體單線性每條染色單體自始至終僅含一條連續(xù)的DNA雙螺旋鏈，這種現(xiàn)象稱為染色體的單線性。如：蠑螈燈刷染色體中每條染色單體的主體是一條聯(lián)系不斷的DNA雙螺旋鏈。兩棲類卵母細(xì)胞第一次減數(shù)分裂的雙線期，兩條同源染色體配對(duì)，而每條染色體已經(jīng)分裂為兩條染色單體。兩條姐妹染色單體沿縱長(zhǎng)壓縮折疊為成串的珠狀結(jié)構(gòu)稱為染色粒，每顆染色粒實(shí)際上能分解為兩個(gè)并排的染色小點(diǎn)，姐妹染色粒。它們各向兩側(cè)伸出兩個(gè)外觀相同的側(cè)環(huán)。每條染色體中的全部DNA含量實(shí)際上是一個(gè)DNA分子的相對(duì)的分子量。染色質(zhì)的分子組成染色質(zhì)：是細(xì)胞間期核內(nèi)伸展開的DNA蛋白質(zhì)纖維。基本單位：核小體。

NDA：組蛋白：非組蛋白：RNA=100:114:33:7染色質(zhì)DNA，RNA蛋白質(zhì)組蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4非組蛋白染色質(zhì)染色體螺旋化（分裂間期）（分裂期）DNAPacking1.如何將10,000公里長(zhǎng)的蠶絲(半徑~10-5米)裝入一個(gè)籃球中。2.蠶絲的體積：3.14*10-3m33.折疊、纏繞…核小體的結(jié)構(gòu)核心顆粒、連接區(qū)DNAH2A、H2B、H3、H4各兩分子組成的八聚體和由大約200bp的DNA組成。而H1位于核小體的外側(cè)。（1個(gè)）組蛋白與核小體染色體的結(jié)構(gòu)模型貝克等(Bak,A.L.,1977)：染色體四級(jí)結(jié)構(gòu)模型理論能夠在一定程度上解釋染色質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程

1.DNA+組蛋白核小體+連接絲2.核小體 螺線體(solenoid)3.螺線體 超螺線體(super-solenoid)4.超螺線體 染色體DNA+組蛋白

核小體+連接絲核小體+連接絲

螺線體(solenoid)螺線體

超螺線體

(super-solenoid)超螺線體

染色體DNA的組裝6.8:140:11000:18000:1DNAdoublehelixNucleosome(10nmfiber)30nmFiberLoopsILoopsIIchromosome7:142:11680:18400:1染色體形成過程中長(zhǎng)度與寬度的變化B-DNA與Z-DNAZ-DNA的發(fā)現(xiàn)：

1972年P(guān)ohletal。發(fā)現(xiàn)poly(dG-dC）在高鹽下旋光性發(fā)生改變；

1979年WangA.H-J（王惠君），A.Rich對(duì)d(CGCGCG）單晶作X衍射分析提出Z-DNA模型。Z-DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：糖磷骨架呈“之”字形走向。左旋DNA。螺距延長(zhǎng)(4.5nm左右)，直徑變小(1.8nm)，

每個(gè)螺旋含12個(gè)堿基對(duì)，比A-DNA擰得更緊。

G的糖苷鍵呈順式，使G殘基位于分子表面。分子外形呈波形。大溝消失，小溝窄而深。每個(gè)螺旋有12bp。ABZZ-DNA存在的條件：高鹽：NaCl>2Mol/L,MgCl2>0.7Mol/L

Pu,Py相間排列在活細(xì)胞中如果m5C，則無需嘌呤-嘧啶相間排列，在生理鹽水的濃度下可產(chǎn)生Z型在體內(nèi)多胺化合物，如精胺和亞胺及亞精胺和陽(yáng)離子一樣，可和磷酸基團(tuán)結(jié)合，使B-DNA轉(zhuǎn)變成Z-DNA

某些蛋白質(zhì)如Z-DNA結(jié)合蛋白質(zhì)帶有正電荷，可使DNA周圍形成局部的高鹽濃度和微環(huán)境。負(fù)超螺旋的存在。各種類型DNA的主要參數(shù)Z-DNA的發(fā)現(xiàn)：

與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系

SV40病毒DNA能在宿主細(xì)胞內(nèi)形成微小染色體，具有典型的核小體結(jié)構(gòu)。處于轉(zhuǎn)錄?；钚誀顟B(tài)的染色質(zhì)，其核小體構(gòu)型發(fā)生變化并對(duì)DNaseI敏感利用抗Z-DNA的抗體對(duì)SV40微小染色體的研究表明，有些敏感位點(diǎn)正處于Z-DNA區(qū)段的兩端，亦即B-DNA與Z-DNA兩種構(gòu)想的交接處，而且SV40基因組中3個(gè)潛在的Z-DNA區(qū)段正處于不能形成核小體的區(qū)段，說明Z-DNA構(gòu)象與核小體結(jié)構(gòu)的形成可能有關(guān)。Z-DNA的發(fā)現(xiàn)：

與基因活性的關(guān)系

SV40病毒DNA與Z-DNA抗體結(jié)合的三個(gè)位點(diǎn)恰好在增強(qiáng)子的區(qū)域或邊緣，細(xì)胞學(xué)的觀察也證明Z-DNA構(gòu)象與基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控有關(guān)。原生動(dòng)物棘尾蟲處于轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的大核內(nèi)的染色質(zhì)能與Z-DNA抗體起明顯的反應(yīng)，而處于靜止?fàn)顟B(tài)的小核則不能與Z-DNA抗體反應(yīng)、認(rèn)為，在一定的基因控制區(qū)，存在一類可能形成Z-DNA構(gòu)象的序列，當(dāng)與Z-DNA結(jié)合蛋白相結(jié)合，或有關(guān)堿基受到修飾（如甲基化），或DNA負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生等情況下，該類序列就會(huì)由B-DNA轉(zhuǎn)變成Z-DNA構(gòu)象，于是相關(guān)區(qū)域的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使有關(guān)基因處于活躍的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。染色質(zhì)RNA

染色質(zhì)含有RNA是無疑的，約占DNA的3%，但是否是染色質(zhì)的固有成分，還是轉(zhuǎn)錄或分離過程中RNA的污染？

Huang和Bonner（1965）在豌豆芽染色質(zhì)中發(fā)現(xiàn)有與組蛋白相復(fù)合的RNA，稱為染色體RNA。其后，在鼠肝、雞胚及小妞胸腺的染色質(zhì)中均有發(fā)現(xiàn)。這種RNA與rRNA及tRNA不同，其主鏈長(zhǎng)40-60bp，沉降系數(shù)為3.2S。二氫嘧啶的含量高達(dá)11.3%，而tRNA僅為3.1%，rRNA則在1%以下。這種RNA能與同源的DNA高度雜交，且不與tRNA及rRNA競(jìng)爭(zhēng)。說明這種RNA是獨(dú)特的，有組織特異性的。

Bonner(1968)推測(cè)這種染色質(zhì)RNA可能是等價(jià)的與非組蛋白結(jié)合，然后通過非組蛋白以非共價(jià)的方式結(jié)合到組蛋白上，起到調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用。

Huang等（1972）的染色質(zhì)重建實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了染色質(zhì)RNA對(duì)基因的調(diào)控作用。驗(yàn)證染色質(zhì)RNA的作用：用10-4M的Zn（NO3)2在37℃下處理解離了的染色質(zhì)20小時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)重建后的染色質(zhì)失去了它固有的轉(zhuǎn)錄活性。因?yàn)閆n（NO3)2能在各種鹽的條件，只水解RNA，對(duì)DNA和蛋白質(zhì)無作用。從而說明了RNA對(duì)染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄特異性的作用。用RNase代替硝酸鋅重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，也得到類似的結(jié)果。否認(rèn)或懷疑染色質(zhì)RNA的存在主要原因是中心法則規(guī)定RNA僅僅是一種遺傳信息，因此就看不出染色質(zhì)RNA的存在有什么必要。近年來發(fā)現(xiàn)RNA并不單純是一種信使或模板，而且具有酶的活性。

Cech等（1982）報(bào)道，四膜蟲的核糖體RNA前提具有自我催化的酶活性。這種Per-rRNA在沒有任何蛋白質(zhì)及ATP的情況下，能自我催化剪接、環(huán)化等反應(yīng)，成為成熟的rRNA。Cech等把這種RNA命名為Ribozyme，以區(qū)別僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成的酶（enzyme）。這種RNA類型的酶除上述的Per-rRNA外，還發(fā)現(xiàn)一些由蛋白質(zhì)與RNA復(fù)合構(gòu)成的酶，如核糖核酸酶P。能催化tRNA分子5’端成熟。且單獨(dú)RNA組分就能催化tRNA分子5’端成熟。組蛋白的種類與特點(diǎn)組蛋白是富含賴氨酸與精氨酸的堿性蛋白質(zhì)，相對(duì)分子量10000—20000。

N端多為堿性氨基酸，帶正電荷，與DNA鏈的負(fù)電荷結(jié)合。

C端與其他組蛋白、非組蛋白或DNA的疏水區(qū)結(jié)合。組蛋白H1組蛋白H1的特點(diǎn)：堿性氨基酸多集中于多肽鏈的C端，而N端區(qū)含有較多的酸性氨基酸。H1有四種類型（H10，H11，H12，H13），氨基酸序列不同。組蛋白H1與其他四種組蛋白不同，前者在胚胎較晚時(shí)期出現(xiàn)。而后者在胚胎早期同時(shí)出現(xiàn)，其氨基酸序列在不同生物中幾乎保持不變。而H1不僅在不同生物鐘，即使在同一機(jī)體中，它的類型也不同。同一機(jī)體不同組織中H1的差異暗示了它對(duì)形狀的表現(xiàn)型有作用。組蛋白H1的結(jié)構(gòu)：氨基端（N，酸性區(qū)）中央?yún)^(qū)（無極性，疏水）羧基區(qū)（C，堿性區(qū)）在溶液中，HI中央?yún)^(qū)段是疏水的，折疊為球狀結(jié)構(gòu)，其序列高度保守，堿性的羧基區(qū)是隨機(jī)性的卷曲狀態(tài)，氨基端的酸性區(qū)段也呈卷曲狀態(tài)。羧基區(qū)域與DNA的結(jié)合很強(qiáng)烈，中央?yún)^(qū)結(jié)合較弱，它主要是與非組蛋白結(jié)合并與其他四種組蛋白相作用，可導(dǎo)致染色質(zhì)的螺旋化，產(chǎn)生高級(jí)結(jié)構(gòu)。氨基端的堿性區(qū)也附著于DNA連接絲，起交聯(lián)核小體作用。（3）組蛋白H1的作用Renz等（1977）在電鏡下觀察到直徑200?的染色質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含有6-10個(gè)核小體的球狀結(jié)節(jié)的纖維。以0.5MNaCl溶液從染色質(zhì)上選擇性地除掉H1后，則球狀結(jié)構(gòu)解開，在核小體之間可看到約35bp的DNA連結(jié)絲，這說明H1在維持染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的方面有重要作用。H1的成分及含量與染色質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，并能影響基因的調(diào)控。丁酸在抑制細(xì)胞分離，誘發(fā)細(xì)胞分化的同時(shí)出現(xiàn)了H10，說明H10與基因活動(dòng)有關(guān)。（4）組蛋白H1的作用組蛋白H1與DNA的作用方式可分為三種：1）R方式：H1的C端錨定在DNA分子上。不同類型H1的N端以不同的角度與DNA結(jié)合使不同長(zhǎng)度的DNA暴露并容易受到酶的作用（如解旋酶、多聚酶、限制酶等）。提供了調(diào)節(jié)染色質(zhì)活動(dòng)速率的一種途徑。2）D方式：特點(diǎn)是H1的N端折回疏水區(qū)，使DNA發(fā)生各種程度的偏斜、折疊、更易受到酶的作用。（4）組蛋白H1的作用組蛋白H1與DNA的作用方式可分為三種：3）C方式：與非組蛋白選擇性的結(jié)合，在DNA鏈上形成一個(gè)突起-----鏈內(nèi)敏感構(gòu)件（ITS）。H1的作用方式證明它在染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)及機(jī)能上有重要作用。組蛋白H5

Neelin和Butter（1961）報(bào)道，H5僅存在于雞、鴨、鴿子、鵝、海鷗、火雞、孔雀等幾種鳥類的網(wǎng)織紅細(xì)胞中，而在骨髓、脾、肝等組織中則沒有。H5MW為23000,197Aa組成。像H1一樣，H5存在于核粒之外并優(yōu)先于富含AT堿基對(duì)的DNA結(jié)合。在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)中扮演與H1一樣的角色。

H5對(duì)DNA的模板活性有抑制作用。如，用聚苯乙烯磺酸鹽處理雞的紅細(xì)胞，H5首先被除掉，使染色質(zhì)松懈，則激活了RNA轉(zhuǎn)錄。染色質(zhì)的非組蛋白細(xì)胞核中另一類重要蛋白質(zhì)—非組蛋白（NHP）

包括：核膜酸性蛋白（8%）核仁酸性蛋白（19%）不均一蛋白（HnRNP，30%）組織專一性蛋白（10%）以及染色質(zhì)非組蛋白（NHC，40%），是染色質(zhì)中的一類重要蛋白，可達(dá)500余種，MW15000---100000Da.(1)染色體框架蛋白：Hela細(xì)胞中期染色體去除組蛋白后，在電鏡下仍能看到維持中期染色體基本形狀的支架。支架由DNA和少量的蛋白質(zhì)組成，形成DNAloop。用內(nèi)切酶或外切酶處理果蠅的去組蛋白的染色體框架，可見DNA環(huán)大部分被消化，但仍有特異的DNA序列與支架結(jié)合。

框架上的DNA可以用DNase消化掉而對(duì)支架的整體性沒有影響，支架是由非組蛋白構(gòu)成。這些非組蛋白對(duì)中期染色體的結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用。(2)染色體的高移動(dòng)蛋白：是一組染色體蛋白。分為三類：1）HMG1/2：HMG1和HMG2是相關(guān)蛋白，MW25-30kDa?？赡茉贒NA的重組、修復(fù)及復(fù)制中起作用。對(duì)RNA轉(zhuǎn)錄酶II、III的轉(zhuǎn)錄作用起激活作用；并激活UBF/MLTF對(duì)DNA的結(jié)合。2)HMG14/17:HMG14和HMG17是一類小分子，MW10kDa。HMG14/17結(jié)合于活性基因的下游而不是上游的轉(zhuǎn)錄起始部位。實(shí)驗(yàn)證明HMG14/17與活性轉(zhuǎn)錄基因的結(jié)合是與非活性基因的結(jié)合的1.5-2.5倍。因此，HMG14/17的生物學(xué)功能有待進(jìn)一步研究。3)HMGI/Y:是一類小分子蛋白，MW=11kDa。二者的區(qū)別僅僅是HMGY在第11位氨基酸處有一缺失，而HMGI則無。此類蛋白因?yàn)槟芙Y(jié)合富AT的a衛(wèi)星DNA而被稱為a蛋白質(zhì)。HMGI在哺乳動(dòng)物中期染色體中是結(jié)合于富AT重復(fù)序列的著絲粒和端粒。因此，HMGI/Y可能是一類與異染色質(zhì)中AT序列結(jié)合的蛋白質(zhì)，可能參與基因調(diào)控。3)染色質(zhì)的其他非組蛋白:另一類是磷蛋白，位于核小體的連接絲DNA區(qū)域，它通過識(shí)別特定的DNA序列與DNA親和，有強(qiáng)烈的種屬專一性，NHP磷蛋白能促進(jìn)RNA轉(zhuǎn)錄，而和H1及DNA的結(jié)合方式仍不清楚。

歸納起來，非組蛋白具有以下特點(diǎn)：

1）組織特異性---不同物種其非組蛋白不同，不同組織液具有其專一性的非組蛋白，說明它與基因的選擇性表達(dá)有關(guān)；

2）對(duì)轉(zhuǎn)錄作用的專一性---如非組蛋白P3決定卵清蛋白mRNA的轉(zhuǎn)錄。機(jī)制可能是雌激素與受體的復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核后，受體的B亞基與非組蛋白P3結(jié)合，促進(jìn)DNA解鏈，RNA聚合酶進(jìn)入轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)。

3）與DNA結(jié)合的專一性：與DNA結(jié)合是有專一性的。非組蛋白在染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與機(jī)能均起很大作用。核小體裝配蛋白----核液蛋白在爪蛙卵母細(xì)胞提純一種裝配蛋白，相對(duì)分子量為29000的五聚體，大量存在于卵母細(xì)胞的核液中，利用抗體技術(shù)證明它廣泛存在于真核細(xì)胞的核液中，稱為核液蛋白。是一種酸性蛋白，并不與自由DNA或完整的核小體結(jié)合，而只與各種單獨(dú)存在的組蛋白相結(jié)合。每一個(gè)五聚體的核液蛋白分子可以結(jié)合八個(gè)組蛋白分子，然后把組蛋白八聚體釋放給DNA。整個(gè)生物界中H3、H4的氨基酸順序的保守性以及在溫和提取中H3、H4最后從染色質(zhì)上分離等事實(shí)，可以認(rèn)為（H3）2·（H4）2是重復(fù)單位的核心。染色質(zhì)的分子組成

Kornberg于1974年提出，1977年做了一些補(bǔ)充，是迄今為止最基本的一種染色質(zhì)模型。打破了當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為染色質(zhì)是以DNA為軸心，外包以組蛋白的觀點(diǎn)。以后的模型都是在此基礎(chǔ)上建立的。要點(diǎn)：染色質(zhì)纖維是由核小體重復(fù)串聯(lián)而成，每個(gè)核小體有核心顆粒與連接區(qū)組成。每個(gè)核心顆粒有8個(gè)組蛋白分子（H2A、H2B、H3、H4各2個(gè)分子）和200bp組成。連接區(qū)DNA為15-100bp。并與H1相結(jié)合。

DNA以某種尚未肯定的方式纏繞于8具體周圍，形成一個(gè)直徑約為100埃的近似球形的顆粒，沿染色質(zhì)纖維長(zhǎng)軸緊密的排列。（2）交聯(lián)劑的研究

Jackson等應(yīng)用不同濃度的NaCl處理染色質(zhì)，使其解離及重聚合。實(shí)驗(yàn)證明：二聚體是自然狀態(tài)的染色質(zhì)所固有的，而八聚體可能是組蛋白分子從染色質(zhì)上解離后又重新組合的產(chǎn)物，在自然界并不存在，或是自然狀態(tài)下的二聚體通過交聯(lián)劑的作用，在染色質(zhì)上原位形成八聚體。（3）染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)新模型：

Bonner(1975)等認(rèn)為，染色質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的組蛋白核心不是以八聚體形式存在，而是以四聚體為存在形式。每個(gè)組蛋白分子有兩個(gè)與DNA作用的位置和一個(gè)與另外組蛋白分子作用的位置。假定八個(gè)組蛋白分子為一組，在DNA上作等距離線性排列，而且前四個(gè)分子與后四個(gè)分子的極性相反。二組分子的相互作用使DNA沿長(zhǎng)軸發(fā)生扭曲。由于組蛋白分子1-8，4-8,2-6,3-7之間的作用，使得染色質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，螺距為35埃，覆蓋DNA約200bp。H1在超螺旋外面，跨于各組交結(jié)點(diǎn)之間。八個(gè)組蛋白在二級(jí)結(jié)構(gòu)中所形成的核粒，實(shí)際上是四個(gè)二聚體，且二聚體之間不接觸。二聚體多是H3-H4，H4-H2B,H2A-H2B。因此，核粒內(nèi)四種組蛋白分子并不按照（H3+H4+H2A+H2B）X2的公式。其中H2B的比例可能較大，在不同的生物或組織中，各類組蛋白的比率可能不同。由于模型中組蛋白的尾巴有一定的方向性，并覆蓋DNA，所以再4-5之間的覆蓋面有些重復(fù)而在二組交界的1,8之間則覆蓋面減少。因此，這部分易受核酸酶的攻擊，從而每個(gè)200bp便有一個(gè)核酸酶的敏感點(diǎn)。3.5.4染色質(zhì)纖維間期細(xì)胞核的染色質(zhì)大部分是以30nm直徑的纖維存在。纖維結(jié)構(gòu)的詳情尚不清楚。提出幾個(gè)模型。（1）螺線管模型：10nm纖維左向超螺旋卷曲如彈簧螺線，每圈含6個(gè)核小體，H1位于該纖維縱軸中央。3.5.4染色質(zhì)纖維（2）超螺線空擋模型：超螺旋情況與螺線管模型相似，每圈6個(gè)核小體，只是不是一個(gè)連續(xù)的完整的彈簧螺線，而是間以短的伸展的DNA纖維。它們是一些核酸酶敏感區(qū)，并有一些特異的蛋白結(jié)合其上，H1可在螺線管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)作為核小體的聯(lián)結(jié)者（linker）。3.5.4染色質(zhì)纖維（3）交互聯(lián)接模型：10nm纖維象手風(fēng)琴樣折疊，并盤旋成為一個(gè)超雙螺旋結(jié)構(gòu)?？梢韵胂笃渫庑闻cDNA雙螺旋一樣，只不過是一系列呈Z字形折疊的核小體構(gòu)成。這些核小體之間以linkerDNAs聯(lián)結(jié)，并垂直于30nm纖維的縱軸。（4）鋸齒帶盤旋模型：10nm纖維以Z形折疊狀態(tài)盤旋為彈簧似的螺線管。值得重視的是30nm纖維是染色質(zhì)的天然存在狀態(tài)。從DNA雙螺旋到10nm纖維—壓縮7倍，到30nm—壓縮6-7倍，共壓縮了40-50倍。30nm纖維是一種依賴與轉(zhuǎn)錄活性的，或伸展或壓縮的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。3.6常染色質(zhì)基因表達(dá)的分子基礎(chǔ)3.6.1核心組蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄的作用

酵母基因組僅含核心組蛋白基因串的二個(gè)拷貝，是良好的研究材料。

（1）H2A-H2B：酵母中編碼核心組蛋白的基因?qū)θ毕菪詥?dòng)子或增強(qiáng)子起著消除或抑制者的作用。借助H2A-H2B或H3-H4表達(dá)變化的研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)錄缺陷的消除作用使由于H2A-H2B對(duì)H3-H4合成的不平衡。這說明H2A-H2B對(duì)H3-H4的化學(xué)計(jì)量影響轉(zhuǎn)錄作用。如調(diào)整酵母H2A-H2B的表達(dá)，觀察到不同基因染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同程度的改變。（3）H4：Durrin等（1991）對(duì)H4進(jìn)行了一系列的刪除、取代研究。證明H4的N端對(duì)不同的基因起著不同的作用，或激活或抑制。3.6.2核小體與基因表達(dá)

3.6.2.1核小體定位（1）交替定位與可譯定位：一般認(rèn)為，核小體覆蓋了整個(gè)染色質(zhì)。但事實(shí)上，核小體的形成并不是隨機(jī)地，任意的。核小體在染色質(zhì)上的定位涉及的核心組蛋白八聚體與DNA的相互作用，以及各種因子的影響。沿DNA形成的核小體一般受二種因素制約：富AT的DNA小溝和轉(zhuǎn)錄激活因子。交替定位：DNA彎曲緊密地繞在核粒旋二圈時(shí)，僅僅把DNA小溝壓在核粒表面。因?yàn)楦籄T的小溝較之富GC的小溝易于壓縮，因此每個(gè)八聚體都傾向于定位DNA螺旋內(nèi)側(cè)富AT小溝最多的區(qū)域。就是所謂的交替定位。許多轉(zhuǎn)錄因子往往形成復(fù)合物結(jié)合在DNA上而阻止核小體形成。因此，在基因的上游往往有缺少核小體結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)達(dá)數(shù)百bp的區(qū)域。利用低濃度的DNaseI可以消化這些區(qū)域而不消化linkerDNA。如：在SV40含有一段大約300bp的無核小體區(qū)域，它是DNA/RNA合成的起始區(qū)，一些結(jié)合蛋白結(jié)合其上，但阻止不了DNaseI的消化。所以核小體常常沿可轉(zhuǎn)錄-翻譯的DNA區(qū)域定位，叫作可譯定位。例如：某一核粒沿距離某一基因的轉(zhuǎn)錄起始區(qū)-300～-144bp定位。3.6.2.2核小體變構(gòu)（1）基因活化時(shí)核小體并不消失核小體結(jié)構(gòu)變化將導(dǎo)致基因的激活或預(yù)激活狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)的改變到底是核小體消失還是核小體的構(gòu)型改變？諸多核酸消化實(shí)驗(yàn)都發(fā)現(xiàn)超敏感區(qū)及/或亞核小體顆粒出現(xiàn)于基因激活過程中，說明基因在激活中與其說核小體消失不如說核小體的構(gòu)型改變。這意味著基因活化時(shí)核心組蛋白并未移除。如：果蠅熱休克基因hsp70，基因熱激活后，組蛋白仍然與基因相結(jié)合。研究證明轉(zhuǎn)錄激活情況下的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但核心組蛋白八聚體并不被取代，這與核小體重構(gòu)的概念相符。（2）核小體變構(gòu)的幾種觀點(diǎn)：

H1確實(shí)會(huì)加大各種因子對(duì)DNA模板的結(jié)合，并允許核小體較大的移動(dòng)或滑動(dòng)。轉(zhuǎn)錄因子對(duì)核小體中DNA的結(jié)合可誘導(dǎo)核酸酶敏感性。基因活化時(shí)，核小體的核心可能發(fā)生某種程度的變化，如“顯露”、“開啟”或“劈裂”。一系列的其他因子，如組蛋白修飾租用、HMG蛋白的結(jié)合等，都可能與染色質(zhì)重構(gòu)有關(guān)。3.6.2.3活性染色質(zhì)核小體變構(gòu)機(jī)制染色質(zhì)的活化首先是一些轉(zhuǎn)錄因子（TF）結(jié)合在E＆P（enhancer＆promoter)上，而導(dǎo)致核小體變構(gòu)。在靜止細(xì)胞中，有的E＆P處于核小體內(nèi)部，TF無法接近。因此，TF就必須在DNA復(fù)制中或核小體裝配之前結(jié)合上去。就是所謂預(yù)空競(jìng)爭(zhēng)模型或復(fù)制依賴機(jī)制。在核小體裝配之后，TF仍然能夠結(jié)合上去，則叫作動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)模型/復(fù)制不依賴機(jī)制。

（1）預(yù)空的競(jìng)爭(zhēng)模型

轉(zhuǎn)錄因子在DNA模板剛剛跨過復(fù)制叉時(shí)立即結(jié)合其上，預(yù)先地裝配到染色質(zhì)之中。這樣，使基因活化的核小體重構(gòu)發(fā)生于復(fù)制過程中或核小體裝配前。（2）動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)模型

TF在核小體形成后結(jié)合上去。可能是TF的結(jié)合位點(diǎn)在linkerDNA上結(jié)合位點(diǎn)在DNA的進(jìn)口/出口處。某一結(jié)合位點(diǎn)雖然在核小體內(nèi)不可接近，但有關(guān)的另一個(gè)位于核小體外面的TF結(jié)合點(diǎn)首先發(fā)揮作用，使掩蓋前一位點(diǎn)的核粒去穩(wěn)定/被置換而使其暴露處來。

無論是在DNA復(fù)制時(shí)或核小體裝配之后所建立起來的染色質(zhì)變構(gòu)與活性都涉及啟動(dòng)子、增強(qiáng)子的結(jié)合因子以及其他影響轉(zhuǎn)錄活性的蛋白。而且各種因子的結(jié)合并不見得立即激活基因，而使基因處于前激活狀態(tài)。使得基因在非復(fù)制狀態(tài)下能夠迅速被誘導(dǎo)。如：RNA轉(zhuǎn)錄酶II是熱休克基因的轉(zhuǎn)錄酶，但是在沒有熱休克的情況下，它暫停在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游約25核苷酸處。

3.6.2.4順式調(diào)控區(qū)段LCR參與核小體重構(gòu)的眾多的轉(zhuǎn)錄因子與激活因子都是屬于反式作用元件。對(duì)人類?-珠蛋白基因表達(dá)調(diào)控的研究發(fā)現(xiàn)，還有一種類似啟動(dòng)子、增強(qiáng)子那樣的順式作用元件，叫LCR（Locuscontrolrengions,LCR）。整個(gè)?-珠蛋白基因簇/串含有5個(gè)基因：5’-?-G?-A?-ξ-?-3’依次排列，長(zhǎng)達(dá)70kb。

LCR比啟動(dòng)子、增強(qiáng)子的序列要長(zhǎng)的多。LCR是一個(gè)包含4-5DNaseI敏感位點(diǎn)的長(zhǎng)達(dá)15kb的區(qū)域，位于?-珠蛋白基因的5’端上游。

不同的?-珠蛋白基因在發(fā)育的不同時(shí)期、不同組織中表達(dá)，LCR調(diào)控這種發(fā)育特異性及組織特異性的表達(dá)。

LCR可能是調(diào)控染色質(zhì)核小體重構(gòu)的一種元件，使基因處于激活或預(yù)轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)中，把人?-珠蛋白基因及其調(diào)控序列插入到小鼠基因組的不同部位，它因插入的不同部位而進(jìn)行低水平表達(dá)，這就是所謂的位置效應(yīng)。但當(dāng)基因帶有LCR時(shí)，則無論插入什么部位都能進(jìn)行高水平表達(dá)。3.7異染色質(zhì)形成的分子機(jī)制異染色質(zhì)構(gòu)成了染色體大部分區(qū)域，異染色質(zhì)區(qū)域一般說不能為DNA結(jié)合因子接近，是轉(zhuǎn)錄沉默的區(qū)域，并為染色體有絲分裂行為所必須。大塊的異染色質(zhì)圍繞著功能性的染色體結(jié)構(gòu)，如著絲粒、端粒、而小的異染色質(zhì)區(qū)域則散布在染色體各處。已證明異染色質(zhì)在著絲點(diǎn)功能中起著重要作用。圍繞著絲粒的異染色質(zhì)的DNA重復(fù)序列是姐妹染色單體結(jié)合及染色體分離所必需。異染色質(zhì)能穩(wěn)定著絲粒、端粒中的重復(fù)序列，并抑制基因組的同源序列的重組。

此外，異染色質(zhì)的中心任務(wù)是在發(fā)育分化過程中調(diào)控基因表達(dá)。如：異染色質(zhì)使雌性哺乳動(dòng)物X染色體失活，起著劑量補(bǔ)償作用。異染色質(zhì)的一些特性使它特別適于長(zhǎng)期地、穩(wěn)定地維持緊縮狀態(tài)。異染色質(zhì)狀態(tài)是后成遺傳的，并通過多代細(xì)胞分裂而穩(wěn)定遺傳，它可以在不同的發(fā)育條件和環(huán)境影響下發(fā)生。已證明許多酶與蛋白參與異染色質(zhì)的形成，這種形成過程是一個(gè)逐步的組蛋白的修飾及氨基酸末端的特異修飾過程。并發(fā)現(xiàn)非編碼的RNAs及RNA干涉在后成遺傳的染色質(zhì)區(qū)域形成中的作用。DNA包裝成異染色質(zhì)能發(fā)揮對(duì)重要生物學(xué)過程的后成遺傳的控制。3.7.1異染色質(zhì)形成中的因子

從酵母到哺乳動(dòng)物，組蛋白及其翻譯后修飾在異染色質(zhì)的形成中起著重要作用。異染色質(zhì)形成中所需要的反式因子中，有直接修飾組蛋白的酶和組蛋白結(jié)合因子。如：發(fā)芽酵母中，沉默信息調(diào)節(jié)因子（SIR）基因sir2，sir3，sir4的產(chǎn)物，是裝配沉默的配對(duì)區(qū)位與端粒DNA區(qū)域的特異染色質(zhì)所需要的。裂殖酵母和后生動(dòng)物中有數(shù)種組蛋白去乙?；福浅聊枰?，如sir2類NAD依賴去乙?；傅取Ｔ诹阎辰湍?、果蠅及哺乳動(dòng)物中，組蛋白H3的第9位的賴氨酸的甲基化也與異染色質(zhì)裝配正相關(guān)。

后成遺傳標(biāo)記的相互依賴說明DNA甲基化與染色質(zhì)介導(dǎo)的后成遺傳機(jī)制協(xié)調(diào)作用，維持沉默的染色質(zhì)狀態(tài)。沉默者、重復(fù)DNA及RNAs對(duì)于異染色質(zhì)形成起作用。對(duì)于異染色質(zhì)的形成，已知特異的調(diào)控位點(diǎn)—silencers，及序列特異的DNA結(jié)合蛋白起作用，而重復(fù)DNA及非編碼RNAs在異染色質(zhì)形成的區(qū)域界定上也起著重要作用。轉(zhuǎn)座子與高度重復(fù)衛(wèi)星DNA構(gòu)成了異染色質(zhì)序列的大部分，它們與異染色質(zhì)導(dǎo)致鄰近基因的沉默有關(guān)。非編碼RNA分子在調(diào)節(jié)染色質(zhì)行為方面似乎起著廣泛的作用

由于重復(fù)序列與RNA所觸發(fā)的沉默的染色質(zhì)裝配的可能機(jī)制，包括同源DNA序列的配對(duì)，DNA-RNA或RNA-RNA的相互作用。這種RNAi與異染色質(zhì)裝配之間的聯(lián)系，提示了一個(gè)RNA介導(dǎo)的真核基因組的后成遺傳構(gòu)建的模型。雙鏈RNA被加工成小的RNAs,它們通過同源序列的識(shí)別而特異地錨定組蛋白修飾及基因組的后成遺傳修飾。3.7.2異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的形成

異染色質(zhì)形成是先在一個(gè)特異調(diào)節(jié)位點(diǎn)“成核”，然后伴隨著組蛋白修飾及與Sir3,Sir4,Swi6/HP1等結(jié)構(gòu)蛋白的結(jié)合，逐步地向鄰近的序列擴(kuò)展。位點(diǎn)特異的DNA結(jié)合蛋白及結(jié)合于成核位點(diǎn)---沉默者之處，然后再使Sir2/Sir4復(fù)合體與DNA結(jié)合。這種連續(xù)的結(jié)合及去乙?；^程從“成核”位點(diǎn)沿著染色質(zhì)纖維擴(kuò)散下去。3.7.3異染色質(zhì)的繁殖

DNA復(fù)制時(shí)組蛋白H3/H4四聚體是隨機(jī)分布于姐妹染色質(zhì)之中。因此，修飾父/母本組蛋白的成分，如Swi6/HP1或Sir3等異染色質(zhì)裝配蛋白，可以作為“分子標(biāo)簽”來印記在新裝配的核小體中父/母本的組蛋白修飾形式。在組蛋白修飾和結(jié)構(gòu)蛋白之間的一個(gè)“后成遺傳環(huán)”可能是異染色質(zhì)繁殖的基礎(chǔ)。3.7.4異染色質(zhì)域的分界線

高度濃縮的異染色質(zhì)與去濃縮的常染色質(zhì)相間分布。異染色質(zhì)一旦“成核”，就會(huì)順式地?cái)U(kuò)增并導(dǎo)致鄰近基因的后成性沉默。但是細(xì)胞液具有對(duì)抗附近異染色質(zhì)的抑制作用的相應(yīng)機(jī)制，來保護(hù)那些活性的染色質(zhì)區(qū)域。專門的DNA單元---邊界單元，它作為臨近染色質(zhì)區(qū)域的界標(biāo)或屏障來對(duì)抗相鄰區(qū)域的沉默者或增強(qiáng)子的效應(yīng)。

S.pombe的跨越配對(duì)型區(qū)域的不同組蛋白甲基化型式的作圖，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)反向重復(fù)序列把異染色質(zhì)段落與周圍的常染色質(zhì)區(qū)域界定開來。3.7.5異染色質(zhì)與發(fā)育中可遺傳的基因沉默

可遺傳的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的維持對(duì)于多細(xì)胞生物的發(fā)育是至關(guān)重要的。大量的證據(jù)說明，該過程的失控將導(dǎo)致細(xì)胞的轉(zhuǎn)化與癌變。研究提示，在發(fā)育中引起基因沉默的途徑與由Swi6/HP1來形成異染色質(zhì)的途徑相似。

HP1蛋白也與真核染色質(zhì)的基因的調(diào)控有關(guān)。并發(fā)現(xiàn)HP1的分布?？缭缴倭康某Ｈ旧|(zhì)位點(diǎn)。說明雖然HP1主要集中在異染色質(zhì)區(qū)，但染色體臂的特殊區(qū)域也在它的控制之下。

H3Lys9甲基化與HP1可以啟用基因沉默的特異啟動(dòng)子，直接涉及到完整的異染色質(zhì)成分調(diào)節(jié)常染色質(zhì)基因。異染色質(zhì)的蛋白與常染色質(zhì)區(qū)連接但沒有擴(kuò)散，也引起常染色質(zhì)基因的抑制----位置效應(yīng)。3.8染色質(zhì)的非組蛋白框架

3.8.1染色質(zhì)環(huán)高鹽溶液提取細(xì)胞核，去除包括組蛋白在內(nèi)的大部分蛋白，發(fā)現(xiàn)遺留的DNA仍然保持著細(xì)胞核的形狀。去蛋白的核經(jīng)梯度離心后，它們的沉降特性類似超螺旋的環(huán)狀質(zhì)粒DNA，這說明長(zhǎng)的線性DNA在間期核中經(jīng)彎曲、折疊成許多環(huán)狀。環(huán)的平均長(zhǎng)度80-150bp。

Laemmli證明，間期核中這種環(huán)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)壓縮為中期染色體后仍然保持不變。當(dāng)分離出來的染色體經(jīng)高鹽溶液去除大部分蛋白質(zhì)后，DNA仍然以無數(shù)loop錨定在一個(gè)殘存的蛋白質(zhì)框架下，并保持著原來染色體的形態(tài)。這種染色質(zhì)環(huán)是染色質(zhì)與染色體的共同結(jié)構(gòu)特征。3.8.2SAR/MAR高鹽溶液提取間期細(xì)胞核蛋白，經(jīng)內(nèi)切酶消化、離心分離非結(jié)合DNA片段和結(jié)合DNA片段，分別電泳、分子雜交。鑒定了一些基因與核蛋白結(jié)合的特異序列。如：果蠅組蛋白基因群和hsp70基因，核糖體RNA基因等。這些位點(diǎn)是在提取了大部分核蛋白及內(nèi)切酶消化后，仍然留在核里與小量蛋白結(jié)合，稱為（核）框架附著區(qū)（SAR）或（核）基質(zhì)附著區(qū)（MAR）。

SAR/MAR是一類在核或染色體內(nèi)維持染色質(zhì)loops的樞紐序列。3.9微生物的類染色質(zhì)某些原核生物—大腸桿菌，只有一條裸露的環(huán)狀DNA作為它的基因組。并不是一個(gè)放大了的質(zhì)粒。這個(gè)環(huán)狀DNA也像真核生物