Позиционирование и динамика нуклеосом

Нуклеосомы распределены по геному не случайным образом: их точное расположение и свободные от них области определяют доступность регуляторных последовательностей. Позиционирование нуклеосом и его динамические изменения являются основным фактором регуляции генов, а полногеномные карты расположения нуклеосом стали стандартным способом определения доступности хроматина.

Definition

Позиционирование нуклеосом относится к расположению нуклеосом относительно последовательности ДНК и друг друга; вместе с их динамической сборкой, репозиционированием и дестабилизацией оно регулирует локальную доступность регуляторной ДНК.

Scope

Эта тема охватывает факторы, определяющие расположение нуклеосом вдоль ДНК, характерные нуклеосомо-деплетированные области в активных промоторах, динамику сборки, перемещения и дестабилизации нуклеосом, а также геномные методы, используемые для картирования позиционирования и доступности. Это справочная статья по организации хроматина и не является клиническим руководством.

Core questions

• Что определяет расположение нуклеосом вдоль генома?
• Почему активные промоторы обычно фланкированы упорядоченными нуклеосомами и нуклеосомо-деплетированной областью?
• Как измеряется позиционирование нуклеосом по всему геному и что это говорит о доступности?

Key concepts

• Нуклеосомо-деплетированная область (NDR)
• Организация нуклеосом промотора (+1 нуклеосома)
• Статистическое против последовательностно-направленного позиционирования
• Фазирование и массивы нуклеосом
• Оборот и дестабилизация нуклеосом
• Картирование MNase-seq и ATAC-seq

Key theories

Статистическое позиционирование вокруг фиксированных барьеров

Вместо того чтобы каждая нуклеосома была независимо кодирована последовательностью, упорядоченные массивы часто возникают статистически: фиксированный барьер, такой как связанный фактор или нуклеосомо-деплетированная область промотора, фазирует соседние нуклеосомы в регулярные позиции, модель, подтвержденная полногеномным картированием позиций нуклеосом.

Mechanisms

Позиционирование нуклеосом формируется несколькими перекрывающимися факторами: внутренней изгибаемостью последовательности ДНК, связыванием факторов транскрипции и общего транскрипционного аппарата, действием АТФ-зависимых ремоделеров, которые перемещают и располагают нуклеосомы, а также границами, установленными такими фиксированными элементами. Активные промоторы обычно демонстрируют нуклеосомо-деплетированную область выше сайта начала транскрипции, фланкированную хорошо позиционированными нуклеосомами, при этом так называемая +1 нуклеосома отмечает начало упорядоченного нижележащего массива. Эти позиции динамичны: нуклеосомы постоянно собираются во время репликации, дестабилизируются или вытесняются во время транскрипции и репозиционируются ремоделерами, а быстрый оборот в регуляторных областях поддерживает их доступность. Полногеномные карты, полученные путем переваривания хроматина микрококковой нуклеазой или путем профилирования открытого хроматина с помощью ATAC-seq на основе транспозазы, выявляют эти позиции и ландшафт доступности.

Clinical relevance

Профилирование позиционирования и доступности нуклеосом лежит в основе карт регуляторных элементов в различных типах клеток человека и широко используется для изучения различий в регуляции генов между здоровыми и больными тканями. Эта статья описывает организацию и измерение нуклеосом для справки и не является основанием для диагностики или лечения.

History

Хотя отдельные хорошо позиционированные нуклеосомы были известны ранее, полногеномное картирование преобразило эту область в середине 2000-х годов, когда высокоразрешающие исследования на дрожжах локализовали нуклеосомы по всему геному и выявили упорядоченную организацию вокруг промоторов. Обзоры интегрировали эти данные в модели статистического и факторно-направленного позиционирования, а последующая разработка ATAC-seq на основе транспозазы сделала профилирование открытого хроматина и позиций нуклеосом быстрым и широко применимым.

Key figures

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

Seminal works

• yuan-2005
• jiang-2009

Frequently asked questions

Что такое нуклеосомо-деплетированная область?

Это участок ДНК, обычно расположенный непосредственно перед сайтом начала активного гена, который в значительной степени свободен от нуклеосом и, следовательно, доступен для факторов транскрипции и транскрипционного аппарата.

Как измеряется позиционирование нуклеосом по всему геному?

Распространенные подходы включают переваривание хроматина микрококковой нуклеазой для картирования защищенной нуклеосомной ДНК или использование ATAC-seq на основе транспозазы для профилирования доступных, свободных от нуклеосом областей, оба метода считываются с помощью высокопроизводительного секвенирования.