真核生物的基因调控与表观遗传学

染色质重塑(chromatin remodeling)

想象一卷长长的说明书,紧紧缠在一排线轴上,有些字句藏在线轴底下,有些则露在缝隙里。要读一行藏起来的字,你必须把线轴挪开,或者稍微把它松开一点。在真核细胞里,这卷书是DNA,线轴是核小体——DNA缠绕在组蛋白上形成的珠子——而把它们滑动或赶走以露出基因的动作,就是染色质重塑。

真核生物的DNA大多绕着每个核小体缠了大约两圈,而转录因子很难够到一个紧贴组蛋白表面、被埋住的结合位点。染色质重塑复合物是一些分子机器,它们用ATP的能量来重新摆放核小体:它们能让核小体沿着DNA滑动、把它整个赶走以打开一个缺口、把一个标准组蛋白换成一个变体、或者把核小体均匀地排开。这样一来,它们就决定了哪几段DNA对调控机器是可及的、哪几段保持隐藏。它们不改动DNA序列,自己也不书写组蛋白密码的化学标记——它们是物理地搬动包装。重塑因子由转录因子、以及由“读取器”蛋白所识别的组蛋白标记招募到特定基因上,所以它们扮演的是把一个调控决定翻译成开放或闭合DNA的肌肉。

染色质重塑之所以重要,是因为可及性是基因调控的第一道门:一个设计得再漂亮的转录因子,如果它的位点被缠得死紧、够不着,也毫无用处。重塑在一个活跃的启动子或增强子上方打开一段无核小体区域,好让因子结合,并关闭那些该保持沉默的区域。其重要性在疾病里显露无遗:编码重塑亚基的基因,比如SWI/SNF(BAF)复合物的那些,是人类癌症里突变最频繁的基因之列——大约五分之一的肿瘤都带有这类改变——因为失去打开正确基因的能力,会让“一个细胞可以读取哪些基因”这整套程序脱轨。

当一个细胞决意走向肌肉命运时,重塑复合物把核小体从肌肉基因的启动子上滑开,打开一扇扇无核小体的窗口,让肌肉转录因子终于能够结合——包装先让开道,基因才能被读取。

挪开线轴才能露出字句:可及性是基因调控的第一道门。

重塑是物理地搬动核小体(要用ATP);它与组蛋白修饰不同,后者是给组蛋白打上化学标记。二者协作,却是不同的机器干的不同的活——别把它们揉成一回事。

又称
nucleosome remodelingATP-dependent remodeling染色质重塑