真核生物的基因调控与表观遗传学

沉默子与绝缘子(silencer and insulator)

如果说增强子是把基因调高的开关,那么细胞还需要另外两种调控DNA:一种把基因调低,一种划出边界,免得某个开关串到错误的基因上。前者是沉默子;后者是绝缘子。想象一个吵闹的派对——沉默子就像有人叫某位客人安静下来,而绝缘子是那堵墙,挡住噪音溢进隔壁房间。

沉默子是增强子的镜像:一段DNA,它结合抑制蛋白,这些蛋白随即压低或关闭附近的基因,常常是靠招募那些把染色质压紧的酶,或是靠干扰转录机器的组装。和增强子一样,沉默子也能通过成环远距离起作用。绝缘子则不同——它根本不把基因调高或调低;它设定边界。它做两件事:它能阻挡一个增强子去够到位于它另一侧的基因(这叫增强子阻断型绝缘子,只有放在增强子与基因之间才有效),它也能充当一道屏障,拦住一波正在蔓延的、致沉默的紧密染色质爬进活跃区域。在脊椎动物里,蛋白质CTCF结合许多绝缘子,并与一种叫黏连蛋白的环形复合物一起,把基因组组织成一个个成环的结构域。

这些元件合在一起,给了基因组标点符号。没有绝缘子,一个强大的增强子会激活它够得着的每一个基因,一片致沉默的染色质会一直蔓延,直到把近旁有用的基因捂死。绝缘子把染色体划分成一个个街区——拓扑关联结构域——在街区内部,增强子和它们的基因能彼此找到,跨越街区则大体上找不到。当一道绝缘子边界被破坏,一个街区里的增强子可能突然开启一个它本不该触碰的基因;这种“增强子劫持”是公认的一类癌症成因,生动地提醒我们:一个开关被允许够到哪里,和这个开关本身一样受到调控。

在印记的Igf2/H19基因座上,CTCF只在母方染色体上结合绝缘子,挡住一个共用增强子在那里去够到Igf2——于是母方的Igf2保持关闭,而父方的因为没有这个绝缘子而保持开启。

沉默子把基因调低;绝缘子划出边界,让开关各守其道。

沉默子是抑制基因的;绝缘子不是——它只是阻挡或划界。增强子阻断型绝缘子只有夹在增强子和启动子之间才管用;放在外面它什么也不做。把这两类元件混为一谈是常见的失误。

又称
repressor elementboundary element沉默子绝缘子