MAR一种新的真核生物基因表达调控元件.doc

MAR一种新的真核生物基因表达调控元件在真核生物的细胞核中，存在一种主要由非组蛋白的纤维蛋白和大分子量的RNA组成的三维网架体系，这就是核基质。MAR是真核生物基因组的DNA序列中能特异地和核基质紧密结合的区域。它与真核基因中其它调控元件一起调节DNA复制、RNA合成和hnRNA加工等过程，在基因表达调控中起重要作用。1MAR及染色质的边界元件真核生物染色体是由一系列各自独立的高度有序的染色质结构域组成。这些结构域在功能和结构上都是独立的，它们是由边界元件所界定的。迄今为止，已发现3种边界元件：核基质结合区（matrix attachment region,MAR）或称染色体支架结合区（scaffold attachment region SAR），座位控制区（locus control region,LCR）和绝缘子（insulator）。核基质结合区（MAR）是真核基因组的DNA序列中能特异性地和核基质紧密结合的区域。它广泛地存在于从酵母到人类的所有真核生物基因组中。MAR位于DNA上各转录单位的交界处，是DNA在核基质或染色体支架上的附着点。构成核基质的大多数蛋白质可以和DNA上潜在的复制起始点结合，从而将染色质锚定在核基质上，以防其自由转动，并使DNA发生解链，同时，还将DNA分隔成许多拓扑学限制性的功能区域。每个功能区域形成一个DNAloop（环），其大小从不足1kb到300kb上不等。每个1oop既是一个转录单位，也是一个复制单位和染色体包装单位。MAR独立地存在于非编码区，位于功能转录框架附近。邻接MAR的往往是一些转录调控元件，如启动子、增强子等。座位控制区（LCR）是调控一群相邻基因表达的边界序列，如哺乳动物-珠蛋白基因簇的LCR，对基因簇中所有的基因在发育过程中的正确有序的表达起调控作用。它是由位于基因簇5端的多个DNA酶高度敏感位点组成的。绝缘子是一类新近发现的边界序列。它能阻止邻近的调控元件对其所界定的基因启动子起增强和抑制作用。Udvardy等人首先在果蝇中找到了两个绝缘子SCS和SCS。它们分别位于果蝇多线染色体87A7座位hsp70基因旁侧的近端和远端的核酸酶高度敏感区。在两个hsp70基因之间存在一个核基质结合区（MAR），由MAR将染色体锚定在核基质上，并通过SCS和SCS界定形成一个限制性的DNAloop如图。 由绝缘子和所界定的2MAR组成及功能特点MAR一般长约300bp1000bp，A+T含量高达70%左右，主要由Abox（AATAAAT/CAAA）、Tbox（TTATTT/ATTT/ATT）、ATATTT（T）序列以及与果蝇拓扑异构酶位点相近的DNA同义序列（GTNA/TAT/CATTNAT-N NG/A）等特征性序列组成。这些DNA序列以及它们与核基质之间的相互作用都是高度保守的。由于MAR高A+T含量和寡聚（dA）序列，它的二级结构表现为一个狭窄的DNA小沟，具碱基不配对性，且易弯曲和解链。正是通过自身的解链而在DNA环中引入负超螺旋，促进转录因子与启动子的结合，而对转录的起始具正调控作用。在某一特定的发育时期的某一特异组织中，只有一部分MAR分子紧密结合在核基质上。这些MAR一般位于该组织中特异表达的基因侧翼。因此，MAR对基因在不同发育阶段的正确有序的表达可能起正调控作用。作为一个顺式调控元件，MAR与经典的增强子不同。它对内源基因的表达没有增强作用，但对稳定整合到宿主细胞染色体上的外源基因却表现出明显的转录增强作用。经进一步研究发现，尽管MAR不能增强自身细胞基因的转录，但它对增强子最有效地发挥功能却是必需的。3MAR结合蛋白MAR通过特异性地与一些MAR结合蛋白相互作用，在真核基因的复制和表达调控及染色体的包装构建等方面发挥重要作用。MAR结合蛋白主要包括一些构成染色质或核基质的结构蛋白（如组蛋白H，拓扑异构酸和酶，HMGI/Y，Lamin,Matrin等）以及一些控制组织特异性表达的蛋白（如SATB，骨钙蛋白基因启动子结合因子等）。目前已经纯化和鉴定的MAR结合蛋白共有10多种。根据它们与核基质的关系分为3类：核基质富含组分、核基质稀有组分和非核基质组分。3.1核基质的富含组分核基质中含量最丰富的是Lamin和Matrin两种蛋白质组分。位于核质内部的Matrin蛋白有多种形式。其中Matrin3、Matrin4、MatrinDG、Matrin12和13都是MAR结合蛋白。这些Latrin蛋白可能为核内染色体DNA的包装提供了大量而准确的支点。Lamin位于核基质外围靠近核膜的区域。这类蛋白中只有LaminB可以和MAR特异结合，而且它们之间的相互作用在进化上是高度保守的。1989年发现核基质中的拓扑异构酶是一种MAR结合蛋白。它特异性地与MAR上的拓扑异构酶位点结合后，使MAR发生解旋而将负超螺旋引入DNA，有利于转录因子和启动复合物结合，促进转录和起始。而HMGI/Y可以和MAR中由富含A+T所形成的DNA小沟特异结合，使线性双链DNA弯曲和解链。3.2核基质的稀有组分在核基质的稀有组分中，有稀有的启动子结合因子，如成骨细胞中，与骨钙蛋白（osteocalcin）基因的启动子特异结合的NMP-1和NMP-2（nuclear matrix protein）两种蛋白。它们是组织特异性的MAR结合蛋白。NMP-1是一种受细胞生长调控的蛋白，同时存在于核基质和非核基质部分。NMP-2则是一种细胞类别特异性的启动子结合因子。它们在骨细胞内，与骨钙蛋白基因启动子结合，从而调控骨钙蛋白基因的表达，促进骨钙蛋白的合成。存在于胸腺中的一种组织特异性蛋白是SATB（Special AT-rich binding Protein），能特异地识别ATC序列，以较小的面积与MAR中DNA小沟相接，结合区表现出稳定的不配对现象。在Hela细胞中也发现两种MAR结合蛋白SAFA和B。尽管它们在核基质中含量稀少，但是它们不仅是构成核基质或染色质的重要结构蛋白，而且，还能通过与MAR的特异结合，对染色质的包装构建及基因的活化和表达进行调控。所以，它们既是一类结构蛋白，也是一类重要的功能蛋白。3.3非核基质组分组蛋白H是MAR结合蛋白中惟一的不参与核基质组成的蛋白质。它主要是识别MAR上的富含A+T序列，而与DNA小沟结合。组蛋白H对转录起抑制作用。MAR通过调节组蛋白H的聚集来控制染色质结构域的形成，从而达到促进转录的起始。自从1986年Cockcrill和Garrand首先提出MAR的概念以来，在短短的10多年时间内，对MAR的结构、功能、MAR结合蛋白及MAR与核基质的相互关系等问题的研究，已取得了重大进展。对MAR的进一步研究，必将为解开真核基因的表达调控之谜提供有力的证据。参考文献1周丛照.真核基因特有的顺式作用元件MARJ.生命的化学，1994，79：56.2周丛照等.MAR结合蛋白J.生物化学与生物物理进展，1998，25（4）：307309.3周丛照等.MAR文库及其在真核基因组作图上的应用研究J.生物