染色體的三維結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)的精準(zhǔn)調(diào)控密切相關(guān),染色體空間結(jié)構(gòu)的改變也常會影響細(xì)胞中多種生物學(xué)活動的有序進(jìn)行.近年來,染色質(zhì)空間構(gòu)象捕獲技術(shù)和測序技術(shù)的發(fā)展,使得三維基因組學(xué)的研究取得一系列進(jìn)展.科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),染色質(zhì)逐級折疊壓縮,具有嚴(yán)密的層級結(jié)構(gòu),而影響染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的因素則涉及DNA序列和蛋白復(fù)合體等多個方面.本文綜述了影響三維基因組結(jié)構(gòu)的主要因素,包括一維基因組層面上的DNA序列及其共價修飾、與基因結(jié)構(gòu)以及順式調(diào)控元件相互作用的蛋白復(fù)合體、核小體排布與組蛋白修飾以及在有絲分裂和染色體多倍化等過程中特有的三維結(jié)構(gòu)變化等多個方面.通過總結(jié)這些因素如何影響染色體的三維結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的研究現(xiàn)狀,揭示了染色體三維結(jié)構(gòu)研究的重要作用.本文還簡要總結(jié)了三維基因組學(xué)研究所面臨的主要問題,并據(jù)此展望該領(lǐng)域?qū)淼闹饕芯糠较蚝涂赡艿膽?yīng)用前景. 

【文章來源】：中國科學(xué):生命科學(xué). 2020,50(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：19 頁

【部分圖文】：

染色體三維結(jié)構(gòu)層級.A:染色體疆域;B:區(qū)室A和區(qū)室B,區(qū)室B傾向靠近核膜的位置;C:拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)域;D:染色質(zhì)環(huán),從A到D分辨率逐漸提高

圖1 染色體三維結(jié)構(gòu)層級.A:染色體疆域;B:區(qū)室A和區(qū)室B,區(qū)室B傾向靠近核膜的位置;C:拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)域;D:染色質(zhì)環(huán),從A到D分辨率逐漸提高2 染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)影響因素

真核生物的蛋白編碼基因序列包括外顯子與內(nèi)含子,以及上游的啟動子區(qū)域.真核生物中,全部的編碼RNA(messenger RNA,mRNA)和大部分的非編碼RNA(non-coding RNAs,ncRNA)都是由RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的[83].轉(zhuǎn)錄時,RNA聚合酶Ⅱ要與多種轉(zhuǎn)錄因子(transcription factors,TFs)、啟動子與增強(qiáng)子等順式調(diào)控元件協(xié)調(diào)共同作用,形成特定的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖3).人類基因組中編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因數(shù)目非常龐大,約占全部基因總數(shù)的8%[84].這些TFs通過綁定到位于順式調(diào)控元件的結(jié)合位點(diǎn),激活(transcription activator)或抑制(transcription repressor)轉(zhuǎn)錄.參與該過程的蛋白質(zhì)多達(dá)數(shù)百種,常聚集在一起形成相關(guān)的蛋白復(fù)合體.這些轉(zhuǎn)錄相關(guān)的蛋白復(fù)合體通過重塑染色質(zhì)結(jié)構(gòu)或?qū)M蛋白進(jìn)行修飾,在染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的形成和維持方面起重要作用[85].RNA聚合酶Ⅱ與通用轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors,GTF;包括轉(zhuǎn)錄起始因子TFIIA,TFIIB,TFIID,TFIIE,TFIIF和TFIIH)一起結(jié)合到核心啟動子區(qū)域(core promoter),形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體(preinitiation complex,PIC).PIC形成后,可進(jìn)一步調(diào)控染色質(zhì)結(jié)構(gòu),保證啟動子處于開放狀態(tài)[86].對與RNA聚合酶Ⅱ相關(guān)的全基因組染色質(zhì)相互作用進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),在RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合位點(diǎn)中,有65%與染色質(zhì)相互作用有關(guān),這意味著RNA聚合酶Ⅱ與染色質(zhì)環(huán)的形成有關(guān)[42].更有研究表明,RNA聚合酶Ⅱ可以占據(jù)活化的增強(qiáng)子和超級增強(qiáng)子位點(diǎn),介導(dǎo)增強(qiáng)子與目的基因啟動子成環(huán),激活靶基因的表達(dá)[36,87].

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]起航三維基因組學(xué)研究[J]. 李國亮,阮一駿,谷瑞升,杜生明.  科學(xué)通報. 2014(13)



本文編號：3405236