สารเชิงซ้อนปรับโครงสร้างโครมาตินที่ขึ้นกับ ATP

สารเชิงซ้อนปรับโครงสร้างโครมาตินที่ขึ้นกับ ATP เป็นกลไกระดับโมเลกุลที่ใช้พลังงานจากการไฮโดรไลซิส ATP เพื่อจัดตำแหน่ง ปรับโครงสร้าง หรือขับไล่นิวคลีโอโซม การเคลื่อนย้ายนิวคลีโอโซมออกจากหรือเข้าสู่ DNA ที่ควบคุม ทำให้พวกมันควบคุมส่วนต่างๆ ของจีโนมที่สามารถเข้าถึงได้ ทำให้พวกมันเป็นตัวควบคุมหลักของการถอดรหัส การจำลองแบบ และการซ่อมแซม DNA

Definition

สารเชิงซ้อนปรับโครงสร้างโครมาตินที่ขึ้นกับ ATP เป็นเอนไซม์หลายหน่วยย่อยที่มี SNF2-family ATPase ซึ่งไฮโดรไลซ์ ATP เพื่อเลื่อน ขับออก หรือปรับโครงสร้างนิวคลีโอโซมในลักษณะอื่น ทำให้เปลี่ยนแปลงการเข้าถึงของ DNA ที่อยู่ภายใต้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมตระกูลของตัวปรับโครงสร้างที่ขึ้นกับ ATP กลไกเร่งปฏิกิริยาร่วมกันที่พวกมันใช้ในการเคลื่อนย้าย DNA บนนิวคลีโอโซม และผลลัพธ์เชิงหน้าที่ของการปรับโครงสร้าง เช่น การเลื่อนของนิวคลีโอโซม การขับออก และการแลกเปลี่ยนฮิสโตนรูปแบบต่างๆ หัวข้อนี้ถือว่าการปรับโครงสร้างเป็นหัวข้อเชิงโครงสร้างและเชิงควบคุมภายในชีววิทยาของโครมาติน และไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก

Core questions

• สารเชิงซ้อนปรับโครงสร้างใช้ ATP เพื่อเคลื่อนย้ายนิวคลีโอโซมไปตาม DNA ได้อย่างไร?
• อะไรคือสิ่งที่ทำให้ตระกูลตัวปรับโครงสร้างหลักแตกต่างกันและมีบทบาทหน้าที่อย่างไร?
• การปรับโครงสร้างเปิดหรือปิดบริเวณควบคุมเพื่อควบคุมการทำงานของจีโนมได้อย่างไร?

Key concepts

• มอเตอร์ SNF2-family ATPase
• ตระกูล SWI/SNF, ISWI, CHD และ INO80
• การเลื่อนของนิวคลีโอโซม
• การขับออกและการจัดระยะห่างของนิวคลีโอโซม
• การแลกเปลี่ยนฮิสโตนรูปแบบต่างๆ
• การเคลื่อนย้าย DNA

Key theories

แบบจำลองการเคลื่อนย้าย DNA ของการปรับโครงสร้างนิวคลีโอโซม

ตัวปรับโครงสร้างทำหน้าที่เป็น DNA translocases: SNF2-family ATPase จับอยู่ภายในนิวคลีโอโซมและปั๊ม DNA รอบฮิสโตนออคตาเมอร์ ทำให้เกิดลูปหรือการบิดที่แพร่กระจายเพื่อจัดตำแหน่งนิวคลีโอโซมใหม่ ซึ่งเป็นกลไกที่ Clapier และคณะได้สังเคราะห์ขึ้นจากตระกูลตัวปรับโครงสร้างต่างๆ

Mechanisms

ตัวปรับโครงสร้างที่ขึ้นกับ ATP ทั้งหมดมี SNF2-family ATPase ที่อนุรักษ์ไว้ซึ่งทำหน้าที่เป็น DNA translocase มอเตอร์จะเข้าจับกับ DNA ของนิวคลีโอโซม โดยทั่วไปจะอยู่ห่างจากแกนกลางในระยะที่กำหนด และใช้รอบการจับและการไฮโดรไลซิส ATP เพื่อดึง DNA เข้ามา ทำให้เกิดการโป่งหรือบิดชั่วคราวที่เคลื่อนที่ไปรอบๆ ออคตาเมอร์และเปลี่ยนตำแหน่งของนิวคลีโอโซม ตระกูลที่แตกต่างกันจะเชื่อมโยงมอเตอร์ทั่วไปนี้กับผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน: ตัวปรับโครงสร้างชนิด SWI/SNF มักจะเปิดเผย DNA โดยการเลื่อนหรือขับไล่นิวคลีโอโซม ตัวปรับโครงสร้างชนิด ISWI และ CHD จะจัดระยะห่างและประกอบอาร์เรย์นิวคลีโอโซมปกติ และตัวปรับโครงสร้างชนิด INO80 จะแลกเปลี่ยนฮิสโตนรูปแบบต่างๆ และจัดตำแหน่งนิวคลีโอโซมใหม่ หน่วยย่อยเสริมจะกำหนดเป้าหมายสารเชิงซ้อนไปยังตำแหน่งเฉพาะและตอบสนองต่อการดัดแปลงฮิสโตน โดยรวมการปรับโครงสร้างเข้ากับสัญญาณการถอดรหัสและกับความต้องการของโครมาตินในการจำลองแบบและการซ่อมแซม

Clinical relevance

หน่วยย่อยของสารเชิงซ้อนปรับโครงสร้างโครมาติน โดยเฉพาะอย่างยิ่งของตระกูล SWI/SNF มีการเปลี่ยนแปลงซ้ำๆ ในโรคมะเร็ง และข้อบกพร่องของตัวปรับโครงสร้างมีการศึกษาในความผิดปกติของการพัฒนา ซึ่งสะท้อนถึงความสำคัญของการเข้าถึงนิวคลีโอโซมที่ถูกควบคุม รายการนี้สรุปกลไกระดับโมเลกุลและบริบทการวิจัย และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา

History

กิจกรรมการปรับโครงสร้างที่ขึ้นกับ ATP ถูกระบุในทศวรรษ 1990 ผ่านการทำงานทางพันธุกรรมและชีวเคมีเกี่ยวกับสารเชิงซ้อน SWI/SNF ของยีสต์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนิวคลีโอโซมในลักษณะที่ขึ้นกับพลังงาน การระบุลักษณะเพิ่มเติมของตระกูล ISWI, CHD และ INO80 เผยให้เห็นมอเตอร์ SNF2-family ที่ใช้ร่วมกันและความหลากหลายของบทบาททางชีวภาพ และบทวิจารณ์โดย Clapier และ Cairns ได้รวมสิ่งเหล่านี้เข้าไว้ในกรอบกลไกที่เป็นหนึ่งเดียว

Key figures

• Bradley Cairns
• Cedric Clapier
• Craig Peterson
• Genevieve Almouzni

Seminal works

• clapier-2009
• clapier-2017

Frequently asked questions

ตัวปรับโครงสร้างโครมาตินที่ขึ้นกับ ATP ทำหน้าที่อะไร?

มันใช้พลังงานจากการไฮโดรไลซิส ATP เพื่อจัดตำแหน่ง ปรับโครงสร้าง หรือกำจัดนิวคลีโอโซม เปลี่ยนแปลงส่วนของ DNA ที่เปิดเผย เพื่อให้กลไกของจีโนมสามารถเข้าถึงหรือถูกปิดกั้นจากบริเวณเฉพาะได้

ตัวปรับโครงสร้างโครมาตินแตกต่างจากเอนไซม์ดัดแปลงฮิสโตนอย่างไร?

ตัวปรับโครงสร้างจะเคลื่อนย้ายหรือปรับโครงสร้างนิวคลีโอโซมทางกายภาพโดยใช้ ATP ในขณะที่เอนไซม์ดัดแปลงฮิสโตนจะเพิ่มหรือกำจัดเครื่องหมายทางเคมีบนฮิสโตน ทั้งสองทำงานร่วมกันแต่กระทำผ่านกลไกที่แตกต่างกัน