クロマチンとエピジェネティック制御

DNAがヒストンと共にクロマチンとしてどのようにパッケージ化され、その上に付加される化学的修飾が遺伝子のアクセス可能性を制御し、制御状態を娘細胞に伝達するか。

Definition

クロマチンは、ゲノムをパッケージ化するDNAとヒストンおよび非ヒストンタンパク質の複合体です。エピジェネティック制御は、DNA配列を変化させることなく、クロマチン修飾とDNAメチル化を通じて遺伝子活性を制御し、細胞分裂を通じて伝播され得るものです。

Scope

このトピックは、クロマチンの構造とその制御における役割を扱います。具体的には、ヌクレオソームと高次構造、ヒストン修飾とバリアント、クロマチンリモデリング、DNAメチル化、およびエピジェネティック遺伝の概念を含みます。クロマチン状態が遺伝子発現をどのようにゲートするかを扱い、これらの活動をリクルートする配列特異的因子は、真核生物の転写制御の項目で扱われます。

Core questions

• DNAはどのようにヌクレオソームおよび高次クロマチンにパッケージ化されますか？
• ヒストン修飾とバリアントは遺伝子発現にどのように影響しますか？
• DNAメチル化は何を行い、どのように維持されますか？
• どのような要因が制御状態をエピジェネティックに遺伝可能にしますか？

Key theories

ゲノムの制御単位としてのヌクレオソーム

DNAはヒストン八量体に巻き付いてヌクレオソームを形成し、ヌクレオソームの配置と修飾が、その下のDNAが転写機構にどれだけアクセス可能であるかを決定します。

遺伝可能なクロマチン状態

ヒストン修飾とDNAメチル化のパターンは複製中にコピーされることがあり、これにより細胞はDNA配列を変化させることなく、活性またはサイレントな遺伝子発現状態を子孫に伝達することができます。

Mechanisms

DNAはヒストン八量体に巻き付いてヌクレオソームを形成し、それがよりコンパクトな繊維に折り畳まれます。酵素はヒストンテールに化学的修飾を付加または除去し、ATP依存性リモデラーはヌクレオソームをスライドさせたり排除したりすることで、局所的なDNAのアクセス可能性を増減させます。DNAメチルトランスフェラーゼはシトシンにメチル基を付加し、これはしばしば遺伝子サイレンシングと関連しており、維持メチル化は複製後にこれらの修飾をコピーします。リーダータンパク質は特定の修飾を認識し、さらなる活動をリクルートするため、修飾の組み合わせが、分裂を通じて持続し得る活性、準備状態、またはサイレントなクロマチンを定義します。

Clinical relevance

異常なDNAメチル化とヒストン修飾は、がんやインプリンティング疾患の特徴であり、クロマチン修飾酵素はエピジェネティック治療の標的となります。これは臨床的ガイダンスではなく、その重要性として提示されます。

History

ヌクレオソームモデルは1970年代に登場し、その後のヒストン修飾酵素、クロマチンリモデラー、およびDNAメチル化の制御的役割の発見により、エピジェネティック制御は現在の分子生物学における遺伝子制御の主要な層として確立されました。

Key figures

• Roger Kornberg
• C. David Allis

Seminal works

• alberts2014
• watson2013

Frequently asked questions

「エピジェネティック」とはどういう意味ですか？

これは、DNA配列自体の変化ではなく、クロマチン修飾やDNAメチル化によって引き起こされる、遺伝子活性の遺伝可能な変化を指します。

クロマチンは遺伝子が発現するかどうかにどのように影響しますか？

密にパッケージ化された、または抑制的にマークされたクロマチンはDNAをアクセス不能にし、遺伝子をオフに保ちますが、開いた活性化クロマチンは転写機構が遺伝子に到達し発現することを可能にします。