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1、第八章 细胞核和染色体本讲稿第一页，共十八页30nm染色质纤维的改构染色质纤维的改构本讲稿第二页，共十八页二、染色质结构与基因转录二、染色质结构与基因转录（一）疏松染色质结构的形成（一）疏松染色质结构的形成1、DNA局部结构的改变与核小体位相变化局部结构的改变与核小体位相变化 ATP依赖的依赖的SWI/SNF染色质改构复合物的作用；染色质改构复合物的作用；拓扑异构酶能调节拓扑异构酶能调节DNA双螺旋的局部构象和高级结构变化；双螺旋的局部构象和高级结构变化；B型型DNA变成变成Z型型DNA会导致核心组蛋白八聚体与会导致核心组蛋白八聚体与DNA的的 亲和力降低；亲和力降低；转录因子对增强子和启动子
2、的影响。转录因子对增强子和启动子的影响。本讲稿第三页，共十八页本讲稿第四页，共十八页核小体的解体和重构核小体的解体和重构本讲稿第五页，共十八页本讲稿第六页，共十八页本讲稿第七页，共十八页2、组蛋白的修饰、组蛋白的修饰 核小体组蛋白八聚体的核小体组蛋白八聚体的N端都暴露在核小体外，某些特殊氨基酸端都暴露在核小体外，某些特殊氨基酸的残基可能发生乙酰基化、甲基化、磷酸化或核糖基化等修饰，结的残基可能发生乙酰基化、甲基化、磷酸化或核糖基化等修饰，结果果一是一是改变染色质结构，直接影响基因转录；改变染色质结构，直接影响基因转录；二是二是核小体表面核小体表面发生改变，易于调控蛋白与染色质接触。发生改变，易
3、于调控蛋白与染色质接触。（1）核心组蛋白的赖氨酸残基乙酰化）核心组蛋白的赖氨酸残基乙酰化(acetylation)乙酰化后组蛋白赖氨酸侧链不再带有正电荷，失去了与乙酰化后组蛋白赖氨酸侧链不再带有正电荷，失去了与DNA的结合能力，使相邻核小体的结合受阻，同时影响泛素与组蛋白的结合能力，使相邻核小体的结合受阻，同时影响泛素与组蛋白H2A的结合，导致蛋白质选择性降解。组蛋白的结合，导致蛋白质选择性降解。组蛋白H3和和H4是修饰的是修饰的主要位点。主要位点。组蛋白去乙酰化伴随着对转录的抑制。组蛋白去乙酰化伴随着对转录的抑制。本讲稿第八页，共十八页组组蛋蛋白白乙乙酰酰化化在在转转录录调调控控中中的的作作
4、用用示示意意图图本讲稿第九页，共十八页（2）组蛋白）组蛋白H1的磷酸化的磷酸化 组蛋白组蛋白H1丝氨酸残基的磷酸化发生在有丝分裂前期，丝氨酸残基的磷酸化发生在有丝分裂前期，H1的磷酸的磷酸化导致化导致DNA 的亲和力下降，染色质松解，影响染色质活性。的亲和力下降，染色质松解，影响染色质活性。3、HMG结构域蛋白的影响结构域蛋白的影响 HMG1和和HMG2有有A、B、C三个结构域，三个结构域，A、B结构域结构域与与DNA 特异亲和，细胞中有一类蛋白具有这种结构域的特特异亲和，细胞中有一类蛋白具有这种结构域的特点，称为点，称为HMG结构域，相应的结构域，相应的DNA序列称为序列称为“HMG box
5、”。4、SMC蛋白对染色质结构的影响蛋白对染色质结构的影响 在有丝分裂前期对染色体配对和集缩起重要作用。在有丝分裂前期对染色体配对和集缩起重要作用。本讲稿第十页，共十八页凝集素中凝集素中SMC的作用的作用本讲稿第十一页，共十八页（二）染色质的区间性（二）染色质的区间性1、基因座控制区、基因座控制区 基因座控制区基因座控制区(locus control region,LCR)是染色体是染色体DNA上一上一种顺式作用元件，结构域中含有多种反式作用因子的结合序列，种顺式作用元件，结构域中含有多种反式作用因子的结合序列，可能参与蛋白质因子的协同作用，使启动子处于无组蛋白状态。可能参与蛋白质因子的协同作
6、用，使启动子处于无组蛋白状态。2、隔离子、隔离子 基因表达有位置效应，变换位置会导致活性改变。能防止基因表达有位置效应，变换位置会导致活性改变。能防止处于阻抑状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两处于阻抑状态与活化状态的染色质结构域之间的结构特点向两侧扩展的染色质侧扩展的染色质DNA序列，称序列，称隔离子隔离子(insulator)。本讲稿第十二页，共十八页（三）染色质模板的转录（三）染色质模板的转录 真核细胞基因转录的模板是染色质而不是裸露的真核细胞基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA，基因，基因转录时仍可相对保留核小体结构。转录时仍可相对保留核小体结构。RNA聚合酶差不多有两个
7、核聚合酶差不多有两个核小体那么大，但只和大约小体那么大，但只和大约50 bp的的DNA结合。结合。RNA聚合酶被认为聚合酶被认为是用是用核小体犁核小体犁来克服转录障碍的，来克服转录障碍的，SWI/SNF被认为是一种有效的被认为是一种有效的核小体犁。核小体犁。本讲稿第十三页，共十八页 第六节第六节 核基质核基质 Coffey Coffey和和Berezney(1974)Berezney(1974)，高盐、，高盐、DNaseDNase和和RNaseRNase处理。核骨架纤处理。核骨架纤维粗细不等，直径为维粗细不等，直径为3-30nm，形成三维网络结构与核纤层，与核，形成三维网络结构与核纤层，与核孔
8、复合体相接，将染色质和核仁网络在其中。核骨架孔复合体相接，将染色质和核仁网络在其中。核骨架-核纤层核纤层-中间中间纤维三者相互联系形成一个贯穿于核、质间的统一网络系统。纤维三者相互联系形成一个贯穿于核、质间的统一网络系统。这一系统较微管、微丝具有更高的稳定性。这一系统较微管、微丝具有更高的稳定性。广义的核骨架概念：广义的核骨架概念：核骨架包括核纤层、核孔复合体、染色体骨核骨架包括核纤层、核孔复合体、染色体骨架、核基质、核仁骨架等。架、核基质、核仁骨架等。核基质（核基质（nuclear matrix）核骨架（核骨架（nuclear skeleton or nucear scaffold）本讲稿第
9、十四页，共十八页核骨架核骨架（核骨架核骨架 nuclear skeleton nuclear skeleton）本讲稿第十五页，共十八页核骨架概念：核骨架概念：核骨架是真核细胞内的真实结构体系；核骨架是真核细胞内的真实结构体系；核骨架与中间纤维和核纤层构成贯穿核和质的网络状结构体系；核骨架与中间纤维和核纤层构成贯穿核和质的网络状结构体系；核骨架主要是非组蛋白，含少量核骨架主要是非组蛋白，含少量RNARNA；核骨架与核骨架与DNADNA复制、基因表达及染色体的构建和包装密切相关；复制、基因表达及染色体的构建和包装密切相关；本讲稿第十六页，共十八页核骨架的功能核骨架的功能:为为DNA的复制提供支架
10、，的复制提供支架，DNA是以复制环的形式锚定在核骨架上的，是以复制环的形式锚定在核骨架上的，核骨架上有核骨架上有DNA复制所需要的酶，如：复制所需要的酶，如：DNA聚合酶聚合酶、DNA引物酶、引物酶、DNA拓朴异构酶拓朴异构酶II等。等。DNA的自主复制序列（的自主复制序列（ARS）也是结合在核骨）也是结合在核骨架上。架上。是基因转录加工的场所，是基因转录加工的场所，RNA的转录同样需要的转录同样需要DNA锚定在核骨架锚定在核骨架上才能进行，核骨架上有上才能进行，核骨架上有RNA聚合酶的结合位点，使之固定于核骨架聚合酶的结合位点，使之固定于核骨架上，上，RNA的合成是在核骨架上进行的。新合成的
11、的合成是在核骨架上进行的。新合成的RNA也结合在核也结合在核骨架上，并在这里进行加工和修饰。骨架上，并在这里进行加工和修饰。与染色体构建有关，现在一般认为核骨架与染色体骨架为同与染色体构建有关，现在一般认为核骨架与染色体骨架为同一类物质，一类物质，30nm的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成放射环状的的染色质纤维就是结合在核骨架上，形成放射环状的结构，在分裂期进一步包装成光学显微镜下可见的染色体。结构，在分裂期进一步包装成光学显微镜下可见的染色体。本讲稿第十七页，共十八页染色质环与染色体轴染色质环与染色体轴SARs(nuclear scaffold associated region)MARs(nuclear matrix associated region)本讲稿第十八页，共十八页