Posicionamento e Dinâmica dos Nucleossomos

Os nucleossomos não estão distribuídos aleatoriamente ao longo do genoma: suas posições precisas e as regiões livres deles moldam quais sequências regulatórias são acessíveis. O posicionamento dos nucleossomos e suas mudanças dinâmicas são um determinante importante da regulação gênica, e mapas genômicos de onde os nucleossomos se localizam tornaram-se uma maneira padrão de ler a acessibilidade da cromatina.

Definition

O posicionamento do nucleossomo refere-se à localização dos nucleossomos em relação à sequência de DNA e uns aos outros; juntamente com sua montagem dinâmica, reposicionamento e desestabilização, ele governa a acessibilidade local do DNA regulatório.

Scope

Este tópico aborda o que determina onde os nucleossomos são colocados ao longo do DNA, as regiões características depletadas de nucleossomos em promotores ativos, a dinâmica pela qual os nucleossomos são montados, movidos e desestabilizados, e os métodos genômicos usados para mapear o posicionamento e a acessibilidade. É uma entrada de referência sobre a organização da cromatina e não constitui orientação clínica.

Core questions

• O que determina onde os nucleossomos são posicionados ao longo do genoma?
• Por que os promotores ativos são tipicamente flanqueados por nucleossomos ordenados e uma região depletada de nucleossomos?
• Como o posicionamento dos nucleossomos é medido em todo o genoma, e o que ele revela sobre a acessibilidade?

Key concepts

• Região depletada de nucleossomos (NDR)
• Organização do nucleossomo promotor (nucleossomo +1)
• Posicionamento estatístico vs. direcionado por sequência
• Faseamento e arranjos de nucleossomos
• Renovação e desestabilização de nucleossomos
• Mapeamento por MNase-seq e ATAC-seq

Key theories

Posicionamento estatístico em torno de barreiras fixas

Em vez de cada nucleossomo ser codificado independentemente pela sequência, arranjos ordenados frequentemente surgem estatisticamente: uma barreira fixa, como um fator ligado ou uma região promotora depletada de nucleossomos, faseia os nucleossomos vizinhos em posições regulares, um modelo apoiado pelo mapeamento em escala genômica das posições dos nucleossomos.

Mechanisms

O posicionamento dos nucleossomos é moldado por vários fatores sobrepostos: a capacidade intrínseca de encurvamento da sequência de DNA, a ligação de fatores de transcrição e da maquinaria de transcrição geral, a ação de remodeladores dependentes de ATP que deslizam e espaçam os nucleossomos, e os limites estabelecidos por tais elementos fixos. Promotores ativos geralmente exibem uma região depletada de nucleossomos a montante do sítio de início da transcrição, flanqueada por nucleossomos bem posicionados, com o chamado nucleossomo +1 marcando o início de uma matriz ordenada a jusante. Essas posições são dinâmicas: os nucleossomos são continuamente montados durante a replicação, desestabilizados ou removidos durante a transcrição, e reposicionados por remodeladores, e a rápida renovação em regiões regulatórias os mantém acessíveis. Mapas genômicos gerados pela digestão da cromatina com nuclease micrococcal, ou pelo perfil de cromatina aberta com ATAC-seq baseado em transposase, revelam essas posições e o panorama da acessibilidade.

Clinical relevance

O posicionamento dos nucleossomos e o perfil de acessibilidade sustentam mapas de elementos regulatórios em tipos de células humanas e são amplamente utilizados para estudar como a regulação gênica difere entre tecidos saudáveis e doentes. Esta entrada descreve a organização e a medição dos nucleossomos para referência e não é uma base para diagnóstico ou tratamento.

History

Embora nucleossomos individuais bem posicionados fossem conhecidos anteriormente, o mapeamento em escala genômica transformou o campo em meados dos anos 2000, quando levantamentos de alta resolução em leveduras localizaram nucleossomos em um genoma inteiro e revelaram a organização ordenada em torno dos promotores. Revisões integraram essas descobertas em modelos de posicionamento estatístico e direcionado por fatores, e o desenvolvimento posterior do ATAC-seq baseado em transposase tornou o perfil de cromatina aberta e as posições dos nucleossomos rápido e amplamente aplicável.

Key figures

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

Seminal works

• yuan-2005
• jiang-2009

Frequently asked questions

O que é uma região depletada de nucleossomos?

É um trecho de DNA, tipicamente logo a montante do sítio de início de um gene ativo, que é em grande parte livre de nucleossomos e, portanto, acessível a fatores de transcrição e à maquinaria de transcrição.

Como o posicionamento dos nucleossomos é medido em todo o genoma?

Abordagens comuns digerem a cromatina com nuclease micrococcal para mapear o DNA nucleossomal protegido, ou usam ATAC-seq baseado em transposase para perfilar regiões acessíveis e livres de nucleossomos, ambos lidos por sequenciamento de alto rendimento.