ヌクレオソームの配置と動態

ヌクレオソームはゲノムに沿ってランダムに分布しているわけではなく、その正確な位置とヌクレオソームが存在しない領域が、どの調節配列がアクセス可能であるかを決定します。ヌクレオソームの配置とその動的な変化は、遺伝子制御の主要な決定因子であり、ヌクレオソームが存在するゲノムワイドマップは、クロマチンアクセシビリティを読み取る標準的な方法となっています。

Definition

ヌクレオソームの配置とは、DNA配列および互いに対するヌクレオソームの位置を指します。その動的な集合、再配置、および不安定化と合わせて、調節DNAの局所的なアクセシビリティを制御します。

Scope

このトピックでは、ヌクレオソームがDNAに沿ってどこに配置されるかを決定する要因、活性プロモーターにおける特徴的なヌクレオソーム欠損領域、ヌクレオソームが組み立てられ、移動し、不安定化される動態、および配置とアクセシビリティをマッピングするために使用されるゲノム手法について説明します。これはクロマチン構造に関する参照項目であり、臨床的ガイダンスではありません。

Core questions

• ゲノムに沿ってヌクレオソームがどこに配置されるかを決定するものは何ですか？
• なぜ活性プロモーターは通常、秩序だったヌクレオソームとヌクレオソーム欠損領域に挟まれているのですか？
• ヌクレオソームの配置はゲノム全体でどのように測定され、アクセシビリティについて何が明らかになりますか？

Key concepts

• ヌクレオソーム欠損領域 (NDR)
• プロモーターヌクレオソーム構造 (+1ヌクレオソーム)
• 統計的配置と配列指向的配置
• ヌクレオソームの位相とアレイ
• ヌクレオソームのターンオーバーと不安定化
• MNase-seqとATAC-seqマッピング

Key theories

固定された障壁周辺の統計的配置

各ヌクレオソームが独立して配列によってコードされているのではなく、秩序だったアレイはしばしば統計的に生じます。結合した因子やヌクレオソーム欠損プロモーター領域などの固定された障壁が、隣接するヌクレオソームを規則的な位置に位相合わせします。これはヌクレオソーム位置のゲノムスケールマッピングによって裏付けられているモデルです。

Mechanisms

ヌクレオソームの配置は、いくつかの重複する要因によって形成されます。DNA配列の固有の屈曲性、転写因子および一般的な転写機構の結合、ヌクレオソームをスライドさせ間隔を空けるATP依存性リモデラーの作用、およびそのような固定要素によって設定される境界です。活性プロモーターは通常、転写開始部位の上流にヌクレオソーム欠損領域を示し、適切に配置されたヌクレオソームに挟まれており、いわゆる+1ヌクレオソームが秩序だった下流アレイの開始を示します。これらの位置は動的です。ヌクレオソームは複製中に継続的に組み立てられ、転写中に不安定化または排除され、リモデラーによって再配置され、調節領域での迅速なターンオーバーによりアクセス可能に保たれます。ミクロコッカスヌクレアーゼによるクロマチン消化、またはトランスポザーゼベースのATAC-seqによるオープンクロマチンのプロファイリングによって生成されたゲノムワイドマップは、これらの位置とアクセシビリティのランドスケープを明らかにします。

Clinical relevance

ヌクレオソームの配置とアクセシビリティのプロファイリングは、ヒト細胞型全体にわたる調節要素のマップの基礎となり、健康な組織と疾患組織の間で遺伝子制御がどのように異なるかを研究するために広く使用されています。この項目は、参照のためにヌクレオソームの組織と測定について説明するものであり、診断や治療の根拠となるものではありません。

History

個々の適切に配置されたヌクレオソームは以前から知られていましたが、ゲノムスケールマッピングは2000年代半ばにこの分野を変革しました。酵母における高解像度調査がゲノム全体にわたるヌクレオソームの位置を特定し、プロモーター周辺の秩序だった構造を明らかにしました。レビューはこれらの発見を統計的および因子指向的配置のモデルに統合し、その後のトランスポザーゼベースのATAC-seqの開発により、オープンクロマチンとヌクレオソーム位置のプロファイリングが迅速かつ広範に適用可能になりました。

Key figures

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

Seminal works

• yuan-2005
• jiang-2009

Frequently asked questions

ヌクレオソーム欠損領域とは何ですか？

これは、通常、活性遺伝子の開始部位のすぐ上流にあるDNAの領域で、ヌクレオソームがほとんどなく、したがって転写因子や転写機構にアクセス可能です。

ゲノム全体でヌクレオソームの配置はどのように測定されますか？

一般的なアプローチでは、ミクロコッカスヌクレアーゼでクロマチンを消化して保護されたヌクレオソームDNAをマッピングするか、トランスポザーゼベースのATAC-seqを使用してアクセス可能なヌクレオソームフリー領域をプロファイリングし、どちらもハイスループットシーケンシングによって読み取られます。