Penempatan dan Dinamika Nukleosom

Nukleosom tidak terdistribusi secara acak di sepanjang genom: posisi tepatnya, dan daerah yang bebas darinya, membentuk aksesibilitas sekuens regulatori. Penempatan nukleosom dan perubahan dinamisnya merupakan penentu utama regulasi gen, dan peta genom-lebar tentang posisi nukleosom telah menjadi cara standar untuk membaca aksesibilitas kromatin.

Definition

Penempatan nukleosom mengacu pada lokasi nukleosom relatif terhadap sekuens DNA dan satu sama lain; bersama dengan perakitan dinamis, reposisi, dan destabilisasinya, ini mengatur aksesibilitas lokal DNA regulatori.

Scope

Topik ini mencakup apa yang menentukan penempatan nukleosom di sepanjang DNA, daerah yang kekurangan nukleosom yang khas pada promotor aktif, dinamika di mana nukleosom dirakit, dipindahkan, dan distabilkan, serta metode genomik yang digunakan untuk memetakan penempatan dan aksesibilitas. Ini adalah entri referensi tentang organisasi kromatin dan bukan panduan klinis.

Core questions

• Apa yang menentukan di mana nukleosom ditempatkan di sepanjang genom?
• Mengapa promotor aktif biasanya diapit oleh nukleosom yang teratur dan daerah yang kekurangan nukleosom?
• Bagaimana penempatan nukleosom diukur di seluruh genom, dan apa yang diungkapkannya tentang aksesibilitas?

Key concepts

• Daerah yang kekurangan nukleosom (NDR)
• Organisasi nukleosom promotor (nukleosom +1)
• Penempatan statistik vs. yang diarahkan sekuens
• Fase dan susunan nukleosom
• Pergantian dan destabilisasi nukleosom
• Pemetaan MNase-seq dan ATAC-seq

Key theories

Penempatan statistik di sekitar penghalang tetap

Alih-alih setiap nukleosom dikodekan secara independen oleh sekuens, susunan teratur sering muncul secara statistik: penghalang tetap seperti faktor terikat atau daerah promotor yang kekurangan nukleosom memfasekan nukleosom tetangga ke posisi reguler, sebuah model yang didukung oleh pemetaan posisi nukleosom skala genom.

Mechanisms

Penempatan nukleosom dibentuk oleh beberapa faktor yang tumpang tindih: kelenturan intrinsik sekuens DNA, pengikatan faktor transkripsi dan mesin transkripsi umum, aksi remodeler yang bergantung pada ATP yang menggeser dan menjarakkan nukleosom, dan batas-batas yang ditetapkan oleh elemen tetap tersebut. Promotor aktif biasanya menunjukkan daerah yang kekurangan nukleosom di hulu situs awal transkripsi, diapit oleh nukleosom yang terposisi dengan baik, dengan nukleosom +1 yang menandai awal dari susunan hilir yang teratur. Posisi-posisi ini bersifat dinamis: nukleosom terus-menerus dirakit selama replikasi, distabilkan atau dikeluarkan selama transkripsi, dan direposisi oleh remodeler, dan pergantian cepat di daerah regulatori menjaganya tetap dapat diakses. Peta genom-lebar yang dihasilkan dengan mencerna kromatin dengan nuklease mikrokokus, atau dengan memprofilkan kromatin terbuka dengan ATAC-seq berbasis transposase, mengungkapkan posisi-posisi ini dan lanskap aksesibilitas.

Clinical relevance

Penempatan nukleosom dan profil aksesibilitas mendasari peta elemen regulatori di seluruh jenis sel manusia dan banyak digunakan untuk mempelajari bagaimana regulasi gen berbeda antara jaringan sehat dan sakit. Entri ini menjelaskan organisasi dan pengukuran nukleosom untuk referensi dan bukan dasar untuk diagnosis atau pengobatan.

History

Meskipun nukleosom individual yang terposisi dengan baik telah diketahui sebelumnya, pemetaan skala genom mengubah bidang ini pada pertengahan tahun 2000-an, ketika survei resolusi tinggi pada ragi menemukan nukleosom di seluruh genom dan mengungkapkan organisasi teratur di sekitar promotor. Tinjauan mengintegrasikan temuan-temuan ini ke dalam model penempatan statistik dan yang diarahkan faktor, dan pengembangan ATAC-seq berbasis transposase kemudian membuat profil kromatin terbuka dan posisi nukleosom menjadi cepat dan dapat diterapkan secara luas.

Key figures

• B. Franklin Pugh
• Oliver Rando
• Steven Henikoff
• Jason Buenrostro

Seminal works

• yuan-2005
• jiang-2009

Frequently asked questions

Apa itu daerah yang kekurangan nukleosom?

Ini adalah bentangan DNA, biasanya tepat di hulu situs awal gen aktif, yang sebagian besar bebas dari nukleosom dan oleh karena itu dapat diakses oleh faktor transkripsi dan mesin transkripsi.

Bagaimana penempatan nukleosom diukur di seluruh genom?

Pendekatan umum mencerna kromatin dengan nuklease mikrokokus untuk memetakan DNA nukleosomal yang terlindungi, atau menggunakan ATAC-seq berbasis transposase untuk memprofilkan daerah yang dapat diakses dan bebas nukleosom, keduanya dibaca dengan sekuensing berdaya tinggi.