華人科學(xué)家Nature公布核小體分布圖
日期：2012-06-29 09:01:39
來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)分子生物學(xué)系，統(tǒng)計(jì)系等處的研究人員發(fā)表了題為“A map of nucleosome positions in yeast at base-pair resolution”的文章，通過(guò)建立了一種新方法，在全基因組范圍內(nèi)分析核小體分布的位置，這將有助于揭示體內(nèi)與轉(zhuǎn)錄相關(guān)的核小體作用機(jī)制。相關(guān)成果公布在6月28日Nature雜志上。
文章的通訊作者是西北大學(xué)統(tǒng)計(jì)系王吉平（Ji-Ping Wang，音譯）博士，王博士2003年畢業(yè)于賓州州立大學(xué)，主要研究方向包括生物信息學(xué)，基因組學(xué)等方面。
真核基因組在活體中不以裸露DNA形式存在，但在被稱為染色質(zhì)的蛋白-DNA復(fù)合物中是以裸露DNA形式存在的。其中的核小體能幫助扭曲或者封閉基因組DNA，影響DNA片段與DNA結(jié)合蛋白的接觸，而且核小體的精確位置也會(huì)影響染色質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)。核小體中即使是單個(gè)堿基對(duì)位置的變化，都會(huì)改變?nèi)旧|(zhì)構(gòu)象，以及蛋白結(jié)合動(dòng)力學(xué)。
因此在單堿基對(duì)分辨率的尺度下，繪制核小體的位置對(duì)于了解許多生物學(xué)進(jìn)程，比如RNA聚合酶活性，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合動(dòng)力學(xué)，DNA復(fù)制和基因剪接具有重要的意義。但是目前已有的繪制核小體的方法并不能在單堿基對(duì)這個(gè)精度上分析核小體位置。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，在這篇文章中，研究人員發(fā)展了一種基于改造后組蛋白的化學(xué)修飾，來(lái)直接繪制核小體中心的方法，并利用這一方法在全基因組范圍內(nèi)，對(duì)釀酒酵母的核小體位置進(jìn)行了前往所有詳細(xì)和精確的活體分析。
目前最常見(jiàn)用于核小體定位繪圖的方法主要是通過(guò)對(duì)染色質(zhì)使用微球菌核酸酶（Micrococcal nuclease，MNase），來(lái)消化沒(méi)有受到組蛋白核心保護(hù)的DNA序列，這樣就能通過(guò)分析未消化DNA序列片段，間接了解核小體的位置。（微球菌核酸酶是一種內(nèi)切核酸酶，作用于單鏈及雙鏈核酸，生成3′磷酸末端。對(duì)單鏈核酸的作用較好，能較好地分解DNA或RNA的富含AT或AU區(qū)域。）
這種方法雖然能了解核小體，但是并不精確，因?yàn)榇嬖谧x長(zhǎng)變化大，核小體瞬間解體等方面的問(wèn)題。而王博士等人開(kāi)發(fā)的這種新型全基因組繪圖方法，則能在單堿基對(duì)分辨率尺度下，直接靶向核小體中心位置。這一技術(shù)源自早期利用局部羥基自由基繪制重組單核小體中心位置的方法。
研究人員在釀酒酵母中將一個(gè)獨(dú)特的半胱氨酸引入組蛋白H4（H4S47C），通過(guò)共價(jià)連接加上一種sulphhydryl反應(yīng)，銅螯合的N-(1,10-phenanthroline-5-yl)iodoacetamide，這樣利用高度局部化的羥基自由基來(lái)修飾工程改造的組蛋白，所獲得的分布圖就能以單堿基對(duì)的準(zhǔn)確性限定了核小體中心的位置。
這樣獲得的核小體圖譜能在全基因組范圍內(nèi)描述核小體精確位置，研究人員從中分析了核小體所占比例，以及各處的分布豐度，這些研究數(shù)據(jù)將有利于研究人員解析與核小體有關(guān)的各種生物學(xué)進(jìn)程。
這一研究組在2007年還公布了核小體對(duì)DNA序列的偏好，并預(yù)測(cè)整個(gè)基因組范圍內(nèi)核小體的組織。這一成果登上了Nature封面。研究人員將計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)方法結(jié)合起來(lái)，用以確定核小體對(duì)DNA序列的偏好，并預(yù)測(cè)整個(gè)基因組范圍內(nèi)核小體的組織。酵母基因組編碼一個(gè)內(nèi)在的核小體組織，這可以解釋活體中核小體位置的大約一半。該編碼在不同真核細(xì)胞中都高度保留了下來(lái)，它的作用是將轉(zhuǎn)錄因子引導(dǎo)到它們的結(jié)合點(diǎn)，并輔助很多其他的特定染色體功能。
