分子生物学-w4molecular biologyⅣ.真核生物基因转录及其调控

Molecular

Biology徐

辉2011-12-7Ⅳ.

真核生物的转录及其调控的转录五、染色质结构与转录必需因素：DNA模板RNA聚合酶启动子转录因子“open”

的染色质状态“open”

的染色质状态是转录起始的先决条件3Accessible

chromatinInaccessible

chromatin4转录过程中的染色质处于“open”

的状态Circ

Res

2010,

107:324-326DNA+组蛋白，形成的致密结构1、真核生物染色质结构5真核生物染色质各级结构示意图61、真核生物染色质结构DNA+组蛋白，形成的致密结构组蛋白：富含精氨酸（Arg）和赖氨酸（Lys）的碱性蛋白质组蛋

正电荷，与DNA具有高亲和性。精氨酸和赖氨酸是组蛋白上重要的修饰位点。7组蛋白的种类5类：H2A,H2B,

H3,H4,H1。H2A/H2B,

H3/H4形成八聚体，是核小体

（nucleosome

core）H1结合在核小体

DNA上，稳定核小体结构8组蛋白的大小及保守性9组蛋白的大小与聚合酶的大小比较12

subunits,

550

kDa,

20nm

(diameter)8

subunits,

200bp

DNA,

262kDa,

11nm10Chromatin

Strucure

Model12Chromatin

Strucure

ModelChromatin

Strucure

Model转录的影响

转录的影响在单倍体中约有2万核小体结构对组蛋白对5S

rRNA爪蟾的5S

rRNA拷贝，分为两类：细胞中表达，称为细胞98%只在

5S

rRNA2%既在细胞表达，又在体细胞表达，称为体细胞5S

rRNA2、染色质结构与 活性14转录的影响

转录的影响核小体结构对组蛋白对5S

rRNA在某些体细胞染色质物中，

细胞的5S

rRNA

意外转录；检测有转录活性和无转录活性染色质中组蛋白成分，无活性的染色质中包含五种组蛋白，而有活性的染色质中只有四种，不包括H1。15核小体结构对组蛋白对5S

rRNA转录的影响

转录的影响若将H1组蛋白加入到有活性的染色质中，导致活性逐渐丧失；若把无活性组蛋白H1除去，则原来在体细胞不能转录的

细胞5S

rRNA也变得可转录。说明：完整的组蛋白组分抑制

转录16Ⅲ17转录因子与组蛋白竞争类启动子的模型组蛋白对Ⅱ类

转录的影响由

组蛋白（H2A,

H2B,

H3,

H4）与DNA构成核小体结构时，即能起到抑制转录的作用（4倍），且一般的转录激活子不能解除这种抑制；若核小体结构还含有组蛋白H1，那么其抑制

转录的能力更强（25-100倍），但H1的这种作用可被转录激活子解除。Q:为什么H1与其它组蛋白不同？18H119转录激活模型20核小体定位SV40染色质的无核小体区Moshe

YanivInstitut

Pasteur21核小体定位无核小体区=启动子区？22核小体定位无核小体区位于Dnase超敏位点（活跃调控区）BamH

I232、染色质结构与 活性2.2

组蛋白修饰对

转录的影响组蛋白乙酰化（histone

acetylation）乙酰化发生在赖氨酸侧链的氨基上组蛋白乙酰化与

活性有关，非乙酰组蛋白抑制DNA转录——1964年24乙酰化酶的发现（1995）组蛋白乙酰转移酶（histonacetyltransferase,

HAT），它催化乙酰CoA的乙酰基转移到

组蛋白上25James

BrownellNow:

University

of

Nottingham,

UKSyracuse

UniversityDavid

AllisNow:

Rockefeller

UniversitySyracuse

University26‘‘People

don’t

just

talk

about

t ome

anymore,they

talk

about

the

epigenome,

something

theDNA.’’PNAS

April

25,

200627Allis

and

postdoctoral

associate

Sandra

B.

HakePNAS

April

25,

2006乙酰化酶的发现（1995）材料：四膜虫细胞原因：四膜虫含有高度乙酰化的组蛋白，因此可能含有高浓度的HAT方法：从大核（转录活跃）

提取物，灌注有组蛋白的SDS中电泳，然后将胶泡在乙酰CoA（乙酰基用同位素标记）溶液中反应，反射自显影。28热变性蛋白酶的抑制剂（N-乙基马胺）BSA无蛋白29感悟：30成功之道1：选择理想的研究材料SV40四膜虫成功之道2：严格的对照两类组蛋白乙酰转移酶HAT,type

A，存在于细胞核，只识别部分乙酰化的组蛋白HAT,

type

B，存在于细胞质，识别新

的组蛋白许多转录激活子的辅助因子coactivator（CBP/p300,

TAFⅡ250）具有组蛋白乙酰基转移酶活性31Known

Humanproteins

that

possesshistone

acetyltransferase

catalytic

activityinclude:CREBBP,

CDY1

,

CDY2,

CDYL1,

CLOCKELP3

,

EP300HAT1KAT2A,

KAT2B,

KAT5MYST1,

MYST2,

MYST3,

MYST4NCOA1,

NCOA2,

NCOA3,

NCOATTF3C432组蛋白去乙酰化酶（histonedeacetylase，HDAC）乙酰化激活转录，去乙酰化抑制转录HDAC也是一个

（四大类）33组蛋白乙酰化与去乙酰化调控转录的模式34组蛋白甲基化（methylation）组蛋白甲基转移酶（histonemethyltransferases，HMTs）催化1-3个甲

团转移到组蛋白赖氨酸或精氨酸上，由辅酶s

-腺苷蛋氨酸（

cofactor

S-Adenosyl

methionine）提供甲基。Thomas

JenuweinMax

Planck

Institute,

Germany35组蛋白去甲基化酶（histonedemethylases

，HDTs）Lysine

Specific

Demethylase

1

(LSD1).2004Jumonji

-containing

(JmjC)histone

demethylases.

200536Type

ofmodificationHistoneH3K4H3K9H3K14H3K27H3K79H4K20H2BK5mono-methylationactivationactivationactivationactivationactivationactivationdi-methylationrepressionrepressionactivationtri-methylationactivationrepressionrepressionactivation,repressionrepressionacetylationactivationactivation37甲基化的位置和效应其它组蛋白修饰Phosphorylation(磷酸化)Ubiquitylation(泛素化)Sumoylation(SUMO修饰)…3839各种组蛋白修饰决定了 的活性ActivationRepression组蛋白理论Science.

2001;293:1074-80.41Distinct

histone

amino-terminal

modifications

cangenerate

synergistic

or

antagonistic

interactionaffinities

for

chromatin-associated

proteins,

whichin

turn

dictate

dynamic

transitions

betweentranscriptionally

active

or

transcriptionally

silentchromatin

states.The

combinatorial

nature

of

histone

amino-terminal

modifications

thus

reveals

a

histone

codethat

considerably

extends

the

informationpotential

of

t

etic

code.组蛋白

理论Science.

2001;293:1074-80.4243Thomas

JenuweinDanny

ReinbergFACT蛋白（facilitates

chromatintranscription

factor）延伸因子、染色质重塑因子Danny

ReinbergNYUSchool

of

Medicine44DNA甲基化DNA甲基转移酶（DNAmethyltransferases,

DNMTs）5－甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基嘌呤（N6-mA）及7－甲基鸟嘌呤（7-mG）高等生物中的甲基化主要在CpG岛上45DNA甲基化DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制表达。DNA甲基化是表观遗传学(Epigenetics)的重要组成部分，在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用，是目前新的研究热点之一。46Nat

Med.

2011Mar;17(3):330-9.Currently

Known

Important

Histone/DNA-modifying

enzymes50

xRepression25,000

xActivation10

xActivation50

xRepressionthe

Dynamic

Range

of

TranscriptionGTFsActivatorsRepre