影响染色体三维结构的主要因素及其研究进展
发布时间：2021-09-23 06:46
染色体的三维结构与基因表达的精准调控密切相关,染色体空间结构的改变也常会影响细胞中多种生物学活动的有序进行.近年来,染色质空间构象捕获技术和测序技术的发展,使得三维基因组学的研究取得一系列进展.科学家们发现,染色质逐级折叠压缩,具有严密的层级结构,而影响染色质三维结构的因素则涉及DNA序列和蛋白复合体等多个方面.本文综述了影响三维基因组结构的主要因素,包括一维基因组层面上的DNA序列及其共价修饰、与基因结构以及顺式调控元件相互作用的蛋白复合体、核小体排布与组蛋白修饰以及在有丝分裂和染色体多倍化等过程中特有的三维结构变化等多个方面.通过总结这些因素如何影响染色体的三维结构以及相关的研究现状,揭示了染色体三维结构研究的重要作用.本文还简要总结了三维基因组学研究所面临的主要问题,并据此展望该领域将来的主要研究方向和可能的应用前景.
【文章来源】：中国科学:生命科学. 2020,50(05)北大核心CSCD
【文章页数】：19 页
【部分图文】：
染色体三维结构层级.A:染色体疆域;B:区室A和区室B,区室B倾向靠近核膜的位置;C:拓扑结构域;D:染色质环,从A到D分辨率逐渐提高
图1 染色体三维结构层级.A:染色体疆域;B:区室A和区室B,区室B倾向靠近核膜的位置;C:拓扑结构域;D:染色质环,从A到D分辨率逐渐提高2 染色质三维结构影响因素
真核生物的蛋白编码基因序列包括外显子与内含子,以及上游的启动子区域.真核生物中,全部的编码RNA(messenger RNA,mRNA)和大部分的非编码RNA(non-coding RNAs,ncRNA)都是由RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)转录产生的[83].转录时,RNA聚合酶Ⅱ要与多种转录因子(transcription factors,TFs)、启动子与增强子等顺式调控元件协调共同作用,形成特定的染色质结构(图3).人类基因组中编码转录因子的基因数目非常庞大,约占全部基因总数的8%[84].这些TFs通过绑定到位于顺式调控元件的结合位点,激活(transcription activator)或抑制(transcription repressor)转录.参与该过程的蛋白质多达数百种,常聚集在一起形成相关的蛋白复合体.这些转录相关的蛋白复合体通过重塑染色质结构或对组蛋白进行修饰,在染色质三维结构的形成和维持方面起重要作用[85].RNA聚合酶Ⅱ与通用转录因子(general transcription factors,GTF;包括转录起始因子TFIIA,TFIIB,TFIID,TFIIE,TFIIF和TFIIH)一起结合到核心启动子区域(core promoter),形成转录起始复合体(preinitiation complex,PIC).PIC形成后,可进一步调控染色质结构,保证启动子处于开放状态[86].对与RNA聚合酶Ⅱ相关的全基因组染色质相互作用进行分析发现,在RNA聚合酶Ⅱ结合位点中,有65%与染色质相互作用有关,这意味着RNA聚合酶Ⅱ与染色质环的形成有关[42].更有研究表明,RNA聚合酶Ⅱ可以占据活化的增强子和超级增强子位点,介导增强子与目的基因启动子成环,激活靶基因的表达[36,87].
【参考文献】：
期刊论文
[1]起航三维基因组学研究[J]. 李国亮,阮一骏,谷瑞升,杜生明. 科学通报. 2014(13)
本文编号：3405236
【文章来源】：中国科学:生命科学. 2020,50(05)北大核心CSCD
【文章页数】：19 页
【部分图文】：
染色体三维结构层级.A:染色体疆域;B:区室A和区室B,区室B倾向靠近核膜的位置;C:拓扑结构域;D:染色质环,从A到D分辨率逐渐提高
图1 染色体三维结构层级.A:染色体疆域;B:区室A和区室B,区室B倾向靠近核膜的位置;C:拓扑结构域;D:染色质环,从A到D分辨率逐渐提高2 染色质三维结构影响因素
真核生物的蛋白编码基因序列包括外显子与内含子,以及上游的启动子区域.真核生物中,全部的编码RNA(messenger RNA,mRNA)和大部分的非编码RNA(non-coding RNAs,ncRNA)都是由RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)转录产生的[83].转录时,RNA聚合酶Ⅱ要与多种转录因子(transcription factors,TFs)、启动子与增强子等顺式调控元件协调共同作用,形成特定的染色质结构(图3).人类基因组中编码转录因子的基因数目非常庞大,约占全部基因总数的8%[84].这些TFs通过绑定到位于顺式调控元件的结合位点,激活(transcription activator)或抑制(transcription repressor)转录.参与该过程的蛋白质多达数百种,常聚集在一起形成相关的蛋白复合体.这些转录相关的蛋白复合体通过重塑染色质结构或对组蛋白进行修饰,在染色质三维结构的形成和维持方面起重要作用[85].RNA聚合酶Ⅱ与通用转录因子(general transcription factors,GTF;包括转录起始因子TFIIA,TFIIB,TFIID,TFIIE,TFIIF和TFIIH)一起结合到核心启动子区域(core promoter),形成转录起始复合体(preinitiation complex,PIC).PIC形成后,可进一步调控染色质结构,保证启动子处于开放状态[86].对与RNA聚合酶Ⅱ相关的全基因组染色质相互作用进行分析发现,在RNA聚合酶Ⅱ结合位点中,有65%与染色质相互作用有关,这意味着RNA聚合酶Ⅱ与染色质环的形成有关[42].更有研究表明,RNA聚合酶Ⅱ可以占据活化的增强子和超级增强子位点,介导增强子与目的基因启动子成环,激活靶基因的表达[36,87].
【参考文献】：
期刊论文
[1]起航三维基因组学研究[J]. 李国亮,阮一骏,谷瑞升,杜生明. 科学通报. 2014(13)
本文编号：3405236
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3405236.html
教材专著
