最新Cell介紹新技術(shù)：胚胎干細(xì)胞中的核小體

日期：2016-11-29 09:09:41

高等生物的細(xì)胞核負(fù)責(zé)儲(chǔ)存基因組DNA，這些DNA環(huán)繞著由四種組蛋白組成的八聚體，形成碟狀的核小體結(jié)構(gòu)。核小體的組織影響了基因活性，因此也是科學(xué)家們關(guān)注的研究領(lǐng)域之一。

近日，來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)的研究人員的研究人員介紹了一種新研發(fā)的化學(xué)生物學(xué)方法，為研究哺乳動(dòng)物細(xì)胞中核小體如何介導(dǎo)基因調(diào)控提供了一個(gè)寶貴的資源。

這一研究成果在線(xiàn)公布在11月23日的Cell雜志上，領(lǐng)導(dǎo)這一研究的分別是西北大學(xué)分子生物學(xué)系的王孝忠（Xiaozhong Wang，音譯）教授與西北大學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)系的王吉平（Ji-Ping Wang，音譯）教授。

在我們的細(xì)胞中，DNA被折疊成數(shù)百萬(wàn)個(gè)小數(shù)據(jù)包，就像一根線(xiàn)上的珠子，使我們2米長(zhǎng)的線(xiàn)性基因基因組，能夠納入一個(gè)直徑只有約0.01毫米的細(xì)胞核中。然而，這些分子珠子，稱(chēng)為核小體，使DNA變得“不可讀”。因此，它們需要暫時(shí)無(wú)家可歸，讓基因被復(fù)制（轉(zhuǎn)錄）到用來(lái)制造蛋白質(zhì)的信息中，解析這些結(jié)構(gòu)組裝對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的影響，具有重要意義。

在這篇文章中，研究人員介紹了一種新研發(fā)的化學(xué)生物學(xué)方法，這種方法能確定哺乳動(dòng)物核小體在基因組中的位置，從中研究人員揭示了胚胎干細(xì)胞中核小體組裝的一些令人驚訝的特征，這為研究哺乳動(dòng)物細(xì)胞中核小體如何介導(dǎo)基因調(diào)控提供了一個(gè)寶貴的資源。

研究人員發(fā)現(xiàn)不同于之前的理論模式，對(duì)于小鼠幾乎所有的基因來(lái)說(shuō)，一種脆性核小體占據(jù)了轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)和終止位點(diǎn)，這是之前認(rèn)為核小體刪除的區(qū)域。核小體還占據(jù)了DNA結(jié)合蛋白，比如CCCTC-binding factor (CTCF)和多能因子的靶標(biāo)位置。

此外，研究人員還證明啟動(dòng)子近端核小體以特殊的+1核小體形式，引發(fā)了RNA聚合酶II的停頓，并且也發(fā)現(xiàn)了外顯子內(nèi)含子連接處的核小體的一個(gè)新特征。

由此研究人員指出，這一研究構(gòu)建了一種定義核小體整體圖譜的新精確方法，將為研究哺乳動(dòng)物細(xì)胞中核小體如何介導(dǎo)基因調(diào)控提供了一個(gè)寶貴的資源。

關(guān)于核小體的研究有很多，比如日內(nèi)瓦大學(xué)的研究人員曾分析了核小體動(dòng)力學(xué)的控制機(jī)制以及對(duì)基因表達(dá)的影響。他們發(fā)現(xiàn)，所有啟動(dòng)子可被分為兩種截然不同的類(lèi)型，差別在于它們核小體穩(wěn)定的狀態(tài)。一種類(lèi)型，以動(dòng)態(tài)的、不穩(wěn)定的核小體為特征，存在于高表達(dá)的基因上，如那些涉及細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂控制的基因。其他的類(lèi)型，其中包含知名的穩(wěn)定核小體，位于較少表達(dá)基因上。研究人員在《Molecular Cell》雜志上發(fā)表文章，描述了核小體去穩(wěn)定作用相關(guān)的不同分子之間的相互作用。為什么有些基因高表達(dá)？

還有萊斯大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，一個(gè)將DNA雙鏈存儲(chǔ)成緊湊線(xiàn)軸的蛋白復(fù)合物，可部分地解開(kāi)自身，以幫助基因?qū)⒆约撼尸F(xiàn)給專(zhuān)門(mén)的蛋白質(zhì)和酶用以激活。研究人員利用他們的能量圖景模型，根據(jù)核小體的組分DNA和蛋白質(zhì)，來(lái)模擬核小體的分解機(jī)制。景觀(guān)圖展現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)折疊和發(fā)揮作用時(shí)所采用的所有可能形式的能量。來(lái)自能量圖景理論的概念見(jiàn)解，已經(jīng)應(yīng)用在一個(gè)開(kāi)放源的生物分子建模框架中，稱(chēng)為AWSEM Molecular Dynamics。