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        染色質(zhì)和水平上的基因表達調(diào)控

        時間:2023-10-20 百科知識 版權(quán)反饋
        【摘要】:異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)高度致密,DNA被組蛋白結(jié)合,染色質(zhì)的基因表達活性處于阻遏狀態(tài)。組蛋白與DNA結(jié)合與解離是基因表達調(diào)控的重要機制之一。組蛋白與DNA結(jié)合,可保護DNA免受損傷,維持基因組穩(wěn)定性,抑制基因的表達;去除組蛋白基因轉(zhuǎn)錄活性增高。組蛋白的共價修飾能使組蛋白與DNA雙鏈的親和力改變,染色質(zhì)的局部結(jié)構(gòu)改變。一般認(rèn)為,DNA甲基化與基因的表達呈反比關(guān)系。甲基化程度高,基因表達降低。
        染色質(zhì)和水平上的基因表達調(diào)控_醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)

        (一)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達的調(diào)控作用

        真核生物的DNA與組蛋白和一些非組蛋白構(gòu)成染色質(zhì)結(jié)構(gòu),染色質(zhì)又分為常染色體和異染色質(zhì)。DNA呈現(xiàn)不同凝聚狀態(tài)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出不同的基因表達活性狀態(tài)。常染色質(zhì)結(jié)構(gòu)比較松散,DNA局部序列暴露,基因表達處于活性狀態(tài)。異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)高度致密,DNA被組蛋白結(jié)合,染色質(zhì)的基因表達活性處于阻遏狀態(tài)。

        (二)組蛋白對基因表達的抑制作用

        組蛋白與DNA結(jié)合與解離是基因表達調(diào)控的重要機制之一。組蛋白與DNA結(jié)合,可保護DNA免受損傷,維持基因組穩(wěn)定性,抑制基因的表達;去除組蛋白基因轉(zhuǎn)錄活性增高。組蛋白的共價修飾能使組蛋白與DNA雙鏈的親和力改變,染色質(zhì)的局部結(jié)構(gòu)改變。組蛋白的共價修飾包括:乙?;?、甲基化、磷酸化、泛素化等,其中乙?;瘜θ旧|(zhì)結(jié)構(gòu)的影響最大。

        組蛋白乙?;怯山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase,HAT)催化的。許多反式作用因子具有HAT活性,如CBP/p300和TAFⅡ250(TAFⅡ的一種)都具有HAT活性。這些因子結(jié)合于轉(zhuǎn)錄起始位點附近,使鄰近核小體的核心組蛋白中氨基末端的絲氨酸和精氨酸殘基乙?;菇M蛋白所帶正電荷減少,與DNA結(jié)合能力降低,使染色質(zhì)去凝集形成松弛的活性狀態(tài)。

        催化組蛋白去乙?;氖墙M蛋白去乙?;福╤istone deacetylases,HDAC),該酶可除去鄰近核小體中組蛋白上的乙?;鶊F,使組蛋白所帶的正電荷增高,組蛋白與DNA結(jié)合牢固,穩(wěn)定核小體并抑制轉(zhuǎn)錄。

        (三)DNA的甲基化

        DNA甲基化是一種復(fù)制后加工反應(yīng)。真核生物DNA的甲基化位點主要是CpG二核苷酸(少數(shù)是CpNpGp三核苷酸序列)中的C,甲基供體是SAM,由甲基化酶催化,C被甲基化成為5-甲基胞嘧啶。CpG序列通常成簇存在,形成CpG島(CpG islamd),通常位于基因的啟動子附近或內(nèi)部,并有可能延伸到基因的第一個外顯子。

        在真核生物基因表達調(diào)控中,甲基化起著重要作用。一般認(rèn)為,DNA甲基化與基因的表達呈反比關(guān)系。甲基化程度高,基因表達降低。去甲基化,又可使基因的表達增加。在各種組織都表達的基因,如管家基因的調(diào)控區(qū)多呈低甲基化;在組織中不表達的基因多呈高甲基化。不表達的基因可因激素的變化、致癌物的作用等使基因調(diào)控區(qū)低甲基化而重新開放。

        目前認(rèn)為,甲基化影響基因表達的機制有下列幾種:①直接作用:基因的甲基化直接改變了基因的構(gòu)型,影響DNA特異順序與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合,使基因不能轉(zhuǎn)錄;②間接作用:核內(nèi)甲基化CG序列結(jié)合蛋白(methyl CpG-binding protein)與基因5′端調(diào)控序列甲基化位點結(jié)合,致使轉(zhuǎn)錄無法進行;③DNA去甲基化為基因的表達創(chuàng)造了一個良好的染色質(zhì)環(huán)境。因為DNA去甲基化常與DNaseI高敏感區(qū)同時出現(xiàn),后者為基因活化的標(biāo)志。

        (四)基因重排

        基因重排(gene rearrangement)是指某些基因片段改變原來存在順序,通過調(diào)整有關(guān)基因片段的銜接順序,再重排成為一個完整的轉(zhuǎn)錄單位。例如,免疫球蛋白基因在B淋巴細胞分化和漿細胞生成過程中的重排。編碼免疫球蛋白分子的許多基因片段進行重排和原始轉(zhuǎn)錄物的拼接加工,奠定了免疫球蛋白分子的多樣性的基礎(chǔ)?;蛑嘏攀荄NA水平調(diào)控的重要方式之一。

        (五)基因擴增

        細胞在發(fā)育分化或環(huán)境改變時,對某種基因產(chǎn)物的需要量劇增,而單純靠調(diào)節(jié)其表達活性不足以滿足需要,只有增加這種基因的拷貝數(shù)(即基因的擴增或基因放大)來滿足需要,這是調(diào)控基因表達活性的一種有效方式。

        需要指出,基因擴增(gene amplification)并不總是一件好事,某些基因的不適當(dāng)擴增可導(dǎo)致機體的病變,已發(fā)現(xiàn)一些癌癥就是某些癌基因(如c-myc)不正常的擴增引起的。

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