موقعیتیابی و دینامیک نوکلئوزوم
نوکلئوزومها به طور تصادفی در طول ژنوم توزیع نشدهاند: موقعیتهای دقیق آنها و مناطقی که از نوکلئوزوم خالی هستند، شکلدهنده دسترسی به توالیهای تنظیمی هستند. موقعیتیابی نوکلئوزوم و تغییرات دینامیکی آن، عامل اصلی تنظیم ژن است و نقشههای سراسری ژنوم از محل قرارگیری نوکلئوزومها به روشی استاندارد برای خواندن دسترسی کروماتین تبدیل شده است.
Definition
موقعیتیابی نوکلئوزوم به محل قرارگیری نوکلئوزومها نسبت به توالی DNA و نسبت به یکدیگر اشاره دارد؛ این پدیده، همراه با مونتاژ دینامیکی، تغییر موقعیت و بیثباتسازی آنها، دسترسی موضعی DNA تنظیمی را کنترل میکند.
Scope
این موضوع به بررسی عواملی میپردازد که تعیینکننده محل قرارگیری نوکلئوزومها در طول DNA هستند، مناطق مشخص فاقد نوکلئوزوم در پروموترهای فعال، دینامیکهایی که نوکلئوزومها توسط آنها مونتاژ، جابجا و بیثبات میشوند، و روشهای ژنومی مورد استفاده برای نقشهبرداری موقعیتیابی و دسترسی. این یک مدخل مرجع در مورد سازماندهی کروماتین است و راهنمای بالینی نیست.
Core questions
- چه عواملی تعیین میکنند که نوکلئوزومها در طول ژنوم کجا قرار میگیرند؟
- چرا پروموترهای فعال معمولاً توسط نوکلئوزومهای منظم و یک منطقه فاقد نوکلئوزوم احاطه شدهاند؟
- موقعیتیابی نوکلئوزوم در سراسر ژنوم چگونه اندازهگیری میشود و چه چیزی را در مورد دسترسی آشکار میکند؟
Key concepts
- منطقه فاقد نوکلئوزوم (NDR)
- سازماندهی نوکلئوزوم پروموتر (نوکلئوزوم +1)
- موقعیتیابی آماری در مقابل موقعیتیابی هدایتشده توسط توالی
- فازبندی و آرایههای نوکلئوزوم
- گردش و بیثباتسازی نوکلئوزوم
- نقشهبرداری MNase-seq و ATAC-seq
Key theories
- موقعیتیابی آماری در اطراف موانع ثابت
- به جای اینکه هر نوکلئوزوم به طور مستقل توسط توالی کدگذاری شود، آرایههای منظم اغلب به صورت آماری پدید میآیند: یک مانع ثابت مانند یک فاکتور متصل یا یک منطقه پروموتری فاقد نوکلئوزوم، نوکلئوزومهای همسایه را در موقعیتهای منظم فازبندی میکند، مدلی که توسط نقشهبرداری در مقیاس ژنوم از موقعیتهای نوکلئوزوم پشتیبانی میشود.
Mechanisms
موقعیتیابی نوکلئوزوم توسط چندین عامل همپوشان شکل میگیرد: قابلیت خمشدگی ذاتی توالی DNA، اتصال فاکتورهای رونویسی و ماشین رونویسی عمومی، عمل بازسازندههای وابسته به ATP که نوکلئوزومها را میلغزانند و فاصله میدهند، و مرزهای تعیینشده توسط چنین عناصر ثابتی. پروموترهای فعال معمولاً یک منطقه فاقد نوکلئوزوم در بالادست محل شروع رونویسی نشان میدهند که توسط نوکلئوزومهای با موقعیتدهی خوب احاطه شده است، با نوکلئوزوم به اصطلاح +1 که نشاندهنده شروع یک آرایه منظم در پاییندست است. این موقعیتها دینامیک هستند: نوکلئوزومها به طور مداوم در طول همانندسازی مونتاژ میشوند، در طول رونویسی بیثبات یا حذف میشوند، و توسط بازسازندهها تغییر موقعیت میدهند، و گردش سریع در مناطق تنظیمی آنها را قابل دسترس نگه میدارد. نقشههای سراسری ژنوم که با هضم کروماتین با نوکلئاز میکروکوکی، یا با پروفایلسازی کروماتین باز با ATAC-seq مبتنی بر ترانسپوزاز تولید میشوند، این موقعیتها و چشمانداز دسترسی را آشکار میکنند.
Clinical relevance
موقعیتیابی نوکلئوزوم و پروفایلسازی دسترسی، نقشههای عناصر تنظیمی را در انواع سلولهای انسانی پشتیبانی میکنند و به طور گسترده برای مطالعه چگونگی تفاوت تنظیم ژن بین بافتهای سالم و بیمار استفاده میشوند. این مدخل سازماندهی و اندازهگیری نوکلئوزومها را برای مرجع توصیف میکند و مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.
History
اگرچه نوکلئوزومهای منفرد با موقعیتدهی خوب قبلاً شناخته شده بودند، نقشهبرداری در مقیاس ژنوم در اواسط دهه 2000، زمانی که بررسیهای با وضوح بالا در مخمر، نوکلئوزومها را در سراسر یک ژنوم کامل مکانیابی کردند و سازماندهی منظم اطراف پروموترها را آشکار ساختند، این حوزه را متحول کرد. بررسیها این یافتهها را در مدلهای موقعیتیابی آماری و فاکتور-محور ادغام کردند، و توسعه بعدی ATAC-seq مبتنی بر ترانسپوزاز، پروفایلسازی کروماتین باز و موقعیتهای نوکلئوزوم را سریع و به طور گسترده قابل استفاده ساخت.
Key figures
- B. Franklin Pugh
- Oliver Rando
- Steven Henikoff
- Jason Buenrostro
Related topics
Seminal works
- yuan-2005
- jiang-2009
Frequently asked questions
- منطقه فاقد نوکلئوزوم چیست؟
- این یک بخش از DNA است، معمولاً درست در بالادست محل شروع یک ژن فعال، که عمدتاً فاقد نوکلئوزوم است و بنابراین برای فاکتورهای رونویسی و ماشین رونویسی قابل دسترس است.
- موقعیتیابی نوکلئوزوم در سراسر ژنوم چگونه اندازهگیری میشود؟
- رویکردهای رایج، کروماتین را با نوکلئاز میکروکوکی هضم میکنند تا DNA نوکلئوزومی محافظتشده را نقشهبرداری کنند، یا از ATAC-seq مبتنی بر ترانسپوزاز برای پروفایلسازی مناطق قابل دسترس و فاقد نوکلئوزوم استفاده میکنند که هر دو با توالییابی با توان بالا خوانده میشوند.